A simultaneously transmitting and reflecting intelligent surface (STARS) enabled integrated sensing and communications (ISAC) framework is proposed, where the whole space is divided by STARS into a sensing space and a communication space. A novel sensing-at-STARS structure, where dedicated sensors are installed at the STARS, is proposed to address the significant path loss and clutter interference for sensing. The Cramer-Rao bound (CRB) of the 2-dimension (2D) direction-of-arrivals (DOAs) estimation of the sensing target is derived, which is then minimized subject to the minimum communication requirement. A novel approach is proposed to transform the complicated CRB minimization problem into a trackable modified Fisher information matrix (FIM) optimization problem. Both independent and coupled phase-shift models of STARS are investigated: 1) For the independent phase-shift model, to address the coupling of ISAC waveform and STARS coefficient in the modified FIM, an efficient double-loop iterative algorithm based on the penalty dual decomposition (PDD) framework is conceived; 2) For the coupled phase-shift model, based on the PDD framework, a low complexity alternating optimization algorithm is proposed to tackle coupled phase-shift constants by alternatively optimizing amplitude and phase-shift coefficients in closed-form. Finally, the numerical results demonstrate that: 1) STARS significantly outperforms the conventional RIS in CRB under the communication constraints; 2) The coupled phase-shift model achieves comparable performance to the independent one for low communication requirements or sufficient STARS elements; 3) It is more efficient to increase the number of passive elements of STARS rather than the active elements of the sensor; 4) High sensing accuracy can be achieved by STARS using the practical 2D maximum likelihood estimator compared with the conventional RIS.


翻译:本文提出了一种基于同时透射与反射智能表面(STARS)的集成感知与通信(ISAC)框架,其中整个空间被STARS划分为感知空间与通信空间。针对感知过程中存在的显著路径损耗与杂波干扰问题,提出了一种新型"传感-STARS"结构,即在STARS上集成专用传感器。推导了感知目标二维到达角(DOAs)估计的克拉美-罗界(CRB),并在满足最低通信需求的约束下对该界进行最小化。提出了一种将复杂CRB最小化问题转化为可解修正费舍尔信息矩阵(FIM)优化问题的新方法。分别研究了STARS的独立相移与耦合相移两种模型:1) 针对独立相移模型,为解耦修正FIM中ISAC波形与STARS系数的耦合关系,基于罚对偶分解(PDD)框架设计了高效双循环迭代算法;2) 针对耦合相移模型,基于PDD框架提出了一种低复杂度交替优化算法,通过交替优化幅度系数与相移系数的闭式解来解耦耦合相移常数。数值结果表明:1) 在通信约束下,STARS在CRB性能上显著优于传统RIS;2) 当通信需求较低或STARS单元数量充足时,耦合相移模型可达到与独立模型相近的性能;3) 增加STARS无源单元数量比增加传感器有源单元数量更为高效;4) 基于实际二维最大似然估计器,STARS相比传统RIS能够实现更高的感知精度。

0
下载
关闭预览

相关内容

100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13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
LibRec 精选:推荐系统的论文与源码
LibRec智能推荐
14+阅读 · 2018年11月29日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2010年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
19+阅读 · 2021年6月15日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
52+阅读 · 2020年12月20日
A Survey of Deep Learning for Scientific Discovery
Arxiv
29+阅读 · 2020年3月26日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | SARDI:扩散语言模型的自增强检索
专知会员服务
4+阅读 · 6月6日
《国防领域安全采用大语言模型的战略蓝图》
专知会员服务
7+阅读 · 6月6日
ICML 2026 | 演化选择的因果建模
专知会员服务
7+阅读 · 6月5日
综述|学习式3D表征最新进展与趋势
专知会员服务
7+阅读 · 6月5日
人工智能重塑威慑:算法优势的兴起
专知会员服务
8+阅读 · 6月5日
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
17+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
14+阅读 · 6月4日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13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
LibRec 精选:推荐系统的论文与源码
LibRec智能推荐
14+阅读 · 2018年11月29日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
相关基金
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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2010年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员