The communication-assisted sensing (CAS) systems are expected to endow the users with beyond-line-of-sight sensing capabilities without the aid of additional sensors. In this paper, we study the dual-functional signaling strategy, focusing on three primary aspects, namely, the information-theoretic framework, the optimal distribution of channel input, and the optimal waveform design for Gaussian signals. First, we establish the information-theoretic framework and develop a modified source-channel separation theorem (MSST) tailored for CAS systems. The proposed MSST elucidates the relationship between achievable distortion, coding rate, and communication channel capacity in cases where the distortion metric is separable for sensing and communication (S\&C) processes. Second, we present an optimal channel input design for dual-functional signaling, which aims to minimize total distortion under the constraints of the MSST and resource budget. We then conceive a two-step Blahut-Arimoto (BA)-based optimal search algorithm to numerically solve the functional optimization problem. Third, in light of the current signaling strategy, we further propose an optimal waveform design for Gaussian signaling in multi-input multi-output (MIMO) CAS systems. The associated covariance matrix optimization problem is addressed using a successive convex approximation (SCA)-based waveform design algorithm. Finally, we provide numerical simulation results to demonstrate the effectiveness of the proposed algorithms and to show the unique performance tradeoff between S\&C processes.


翻译:通信辅助感知(CAS)系统有望在不借助额外传感器的情况下赋予用户超视距感知能力。本文研究双功能信令策略,重点关注三个核心方面:信息论框架、信道输入的最优分布以及高斯信号的最优波形设计。首先,我们建立信息论框架,并针对CAS系统提出改进的源信道分离定理(MSST)。所提出的MSST阐明了当感知与通信(S&C)过程的失真度量可分离时,可达到的失真、编码速率与通信信道容量之间的关系。其次,我们提出双功能信令的最优信道输入设计,其目标是在MSST约束和资源预算下最小化总失真。随后,我们设计了一种基于两步Blahut-Arimoto(BA)的最优搜索算法,以数值方式求解该泛函优化问题。第三,基于现有信令策略,我们进一步提出多输入多输出(MIMO)CAS系统中高斯信号的最优波形设计。相关的协方差矩阵优化问题通过基于逐次凸逼近(SCA)的波形设计算法求解。最后,我们提供数值仿真结果以验证所提算法的有效性,并展示S&C过程之间独特的性能权衡关系。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
16+阅读 · 2020年2月6日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员