ISAC感知与通信理论边界探究

简介：
ISAC感知与通信理论边界探究旨在探索集成传感和通信(ISAC)技术的前沿理论，深入研究其在无线通讯中的应用潜力及面临的挑战。 通信感知一体化（ISAC）是无线通信领域的一个新兴研究热点，旨在将通信与感知功能集成到同一系统中，以提高资源效率、降低基础设施成本，并增强性能。这一技术的发展受到5G及未来6G网络推进的驱动，在自动驾驶、物联网和环境监测等场景下显得尤为重要。 ISAC面临的核心挑战之一是平衡通信传输速率与感知任务准确性的需求。信息理论极限在此提供了关键框架，帮助理解这种折衷。容量-失真理论研究在特定信道容量下的编码优化问题，以最小化感知信息的误差；而基于均方误差的通感性能边界理论则关注如何减少信号处理中的误差。 此外，“感知等效速率”概念引入了从传输角度评估感知性能的新方法。对于目标检测任务，特定的理论有助于优化算法并提升精度。ISAC的性能折衷主要体现在确定-随机和子空间两个方面：前者在确定性系统与随机系统之间寻找最佳平衡；后者关注不同信号子空间分配上的最优策略。 实际应用中，5G NR协议及帧结构对ISAC性能影响显著。结合这些标准有助于探索如何利用现有基础设施实现ISAC，并定义新的性能边界。这需要深入理解NR的物理层特性（如多址接入、调制编码方案和同步机制），以适应感知任务需求。 尽管已取得一些进展，但关于ISAC的信息理论极限仍有许多未解问题：如何在有限频谱和能量资源下同时最大化通信与感知性能？如何设计新的信道编码策略以支持感知功能？以及如何处理干扰噪声并保持系统质量和准确性？ 这些问题的解答将进一步推动ISAC技术的发展。通过深入探究信息理论，可以为无线网络的设计提供依据，促进通信与感知深度融合，实现更高效、多功能的无线通信系统。