Beamforming design has been widely investigated for integrated sensing and communication (ISAC) systems with full-duplex (FD) sensing and half-duplex (HD) communication. To achieve higher spectral efficiency, in this paper, we extend existing ISAC beamforming design by considering the FD capability for both radar and communication. Specifically, we consider an ISAC system, where the BS performs target detection and communicates with multiple downlink users and uplink users reusing the same time and frequency resources. We jointly optimize the downlink dual-functional transmit signal and the uplink receive beamformers at the BS and the transmit power at the uplink users. The problems are formulated under two criteria: power consumption minimization and sum rate maximization. The downlink and uplink transmissions are tightly coupled due to both the desired target echo and the undesired interference received at the BS, making the problems challenging. To handle these issues in both cases, we first determine the optimal receive beamformers, which are derived in closed forms with respect to the BS transmit beamforming and the user transmit power, for radar target detection and uplink communications, respectively. Subsequently, we invoke these results to obtain equivalent optimization problems and propose efficient iterative algorithms to solve them by using the techniques of rank relaxation and successive convex approximation (SCA), where the adopted relaxation is proven to be tight. In addition, we consider a special case under the power minimization criterion and propose an alternative low complexity design. Numerical results demonstrate that the optimized FD communication-based ISAC brings tremendous improvements in terms of both power efficiency and spectral efficiency compared to the conventional ISAC with HD communication.


翻译:为了提高光谱效率,本文件通过考虑雷达和通信的FD能力,扩展了ISAC现有的ISAC光束设计。具体地说,我们考虑ISAC系统,在该系统中,BS进行目标检测,并与多个下行链接用户和上端链接用户进行沟通,同时重复使用同一时间和频率资源。我们共同优化双功能传输信号和上端链接的下行链接接收信号,在BS接收信号,在上端链接用户接收信号。为了实现更高的光谱效率,我们根据两个标准来制定问题:电耗最小化和速率最大化。由于预期的目标回声和在BSS收到不理想的干扰,下行系统与多个下行链接用户进行目标检测和通信联系。为了处理这两个问题,我们首先确定最佳接收信号,这些信号以封闭形式生成,在BS传输和用户传输信号信号信号,在上端用户传输能力上传输信号。问题在电流最小化和速率最大化下,我们随后通过雷达目标水平检测和SIS的升级标准,将低端连接起来。

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