We present a spectral co-design of a statistical multiple-input-multiple-output (MIMO) radar and an in-band full-duplex (IBFD) multi-user MIMO (MU-MIMO) communications system both of which concurrently operate within the same frequency band. Prior works on MIMO-radar-MIMO-communications (MRMC) problem either focus on colocated MIMO radars and half-duplex/single-user MIMO communications, seek coexistence solutions, do not jointly design radar codes and receiver processing, or omit practical system constraints. Here, we jointly design statistical MIMO radar waveform, uplink (UL)/downlink (DL) precoders, and receive filters. To this end, we employ a novel performance measure, namely compounded-and-weighted sum mutual information, that is subjected to multiple practical constraints of UL/DL transmit power, UL/DL quality of service, and peak-to-average-power-ratio. We solve the resulting non-convex problem by incorporating block coordinate descent (BCD) and alternating projection (AP) methods in a single algorithmic framework called BCD-AP MRMC. We achieve this by exploiting the relationship between mutual information and weighted minimum mean-squared-error (WMMSE), which allows the use of the Lagrange dual problem in finding closed-form solutions for precoders and radar waveform. Numerical experiments show that our proposed WMMSE-based method quickly achieves monotonic convergence, improves target detection by 9-20% compared to conventional radar coding, and provides an 8.3-30% higher achievable rate in IBFD MU-MIMO system than other precoding strategies.


翻译:我们提出了一个多投入多输出统计(IMIM)雷达的光谱共同设计,以及一个全带全自(IBFD)多用户MIMO(MU-MIMO)多用户MIMO(MU-MIMO)通信系统,这两个系统同时在同一频段内运行。MIMO-radar-MIMIMO通信(MMMMC)的先前工作要么侧重于连接的MIMO雷达和半翻/单用户MIMO的通信,要么寻求共存解决方案,不联合设计雷达代码和接收处理,或者省略实际的系统限制。在这里,我们联合设计了统计MIMO雷达(IFD)、上链接(UL)/下链接(ULMIM)多用户多用户MIM(MIMM)多用户多用户多功能通信系统(MIMIMM)的多功能共同设计。我们采用了一个新的性能衡量标准,即复合和加权的LLLMIMM(L)传输能力、UL/DL)前服务质量以及最高至平均比率战略的多重限制。我们通过双电解的双电解方法,通过双调的IMMLMMLMLML-M-M-ML-ML-ML-ML-ML-ML-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-S-S-S-S-S-S-S-R-R-S-S-S-S-S-R-S-S-L-L-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S

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