ISAC is recognized as a promising technology for the next-generation wireless networks, which provides significant performance gains over individual S&C systems via the shared use of wireless resources. The characterization of the S&C performance tradeoff is at the core of the theoretical foundation of ISAC. In this paper, we consider a point-to-point ISAC model under vector Gaussian channels, and propose to use the CRB-rate region as a basic tool for depicting the fundamental S&C tradeoff. In particular, we consider the scenario where a unified ISAC waveform is emitted from a dual-functional ISAC Tx, which simultaneously performs S&C tasks with a communication Rx and a sensing Rx. In order to perform both S&C tasks, the ISAC waveform is required to be random to convey communication information, with realizations being perfectly known at both the ISAC Tx and the sensing Rx as a reference sensing signal as in typical radar systems. As the main contribution of this paper, we characterize the S&C performance at the two corner points of the CRB-rate region, namely, $P_{SC}$ indicating the max. achievable rate constrained by the min. CRB, and $P_{CS}$ indicating the min. achievable CRB constrained by the max. rate. In particular, we derive the high-SNR capacity at $P_{SC}$, and provide lower and upper bounds for the sensing CRB at $P_{CS}$. We show that these two points can be achieved by the conventional Gaussian signaling and a novel strategy relying on the uniform distribution over the Stiefel manifold, respectively. Based on the above-mentioned analysis, we provide an outer bound and various inner bounds for the achievable CRB-rate regions. Our main results reveal a two-fold tradeoff in ISAC systems, consisting of the subspace tradeoff (ST) and the deterministic-random tradeoff (DRT) that depend on the resource allocation and data modulation schemes employed for S&C, respectively.


翻译:ISAC被认为是下一代无线网络的一个有希望的技术,它通过共享无线资源,为单个的S & C系统带来显著的绩效收益。 S&C业绩权衡的定性是ISAC理论基础的核心。在本文中,我们认为在矢量高的频道下,ISAC的点对点ISAC模型,并提议使用CRB率区域作为描述基本的S&C交易量的基本工具。特别是,我们认为,从一个双功能ISAC Tx,同时执行S&C任务,同时使用S&C信号Rx和感知Rx。 为了执行S&C任务,ISAC的绩效权衡是随机随机地传递通信信息,同时在矢量高的频道上,将CRC节率区域用作一个参考感测信号。 作为本文的主要贡献,我们在CRB区域的两个角落,即以S-C值为单位,用S-C美元为单位,用S-CFC值为单位,用S-CF值上,以美元为单位,用S-CRB为可实现的上限。

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