This paper studies the transmit beamforming in a downlink integrated sensing and communication (ISAC) system, where a base station (BS) equipped with a uniform linear array (ULA) sends combined information-bearing and dedicated radar signals to simultaneously perform downlink multiuser communication and radar target sensing. Under this setup, we maximize the radar sensing performance (in terms of minimizing the beampattern matching errors or maximizing the minimum weighted beampattern gains), subject to the communication users' minimum signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) requirements and the BS's transmit power constraints. In particular, we consider two types of communication receivers, namely Type-I and Type-II receivers, which do not have and do have the capability of cancelling the interference from the {\emph{a-priori}} known dedicated radar signals, respectively. Under both Type-I and Type-II receivers, the beampattern matching and minimum weighted beampattern gain maximization problems are globally optimally solved via applying the semidefinite relaxation (SDR) technique together with the rigorous proof of the tightness of SDR for both Type-I and Type-II receivers under the two design criteria. It is shown that at the optimality, radar signals are not required with Type-I receivers under some specific conditions, while radar signals are always needed to enhance the performance with Type-II receivers. Numerical results show that the minimum weighted beampattern gain maximization leads to significantly higher beampattern gains at the worst-case sensing angles with a much lower computational complexity than the beampattern matching design. We show that by exploiting the capability of canceling the interference caused by the radar signals, the case with Type-II receivers results in better sensing performance than that with Type-I receivers and other conventional designs.


翻译:本文研究在下行综合感知和通信系统(ISAC)下行综合感知和通信系统(ISAC)中的传输光束,在这个系统中,一个配备统一线性阵列(ULA)的基础站(BS)能够同时发送包含和专用雷达信号的综合信息信号和专用雷达信号,以同时进行下行多用户通信和雷达目标感测。在这个设置下,我们最大限度地提高雷达感知性能(在尽可能减少光束匹配错误或最大限度地增加最小加权光束增益方面),但取决于通信用户的最低信号到干涉率(SINR)和BS的传输能力。特别是,我们考虑两种类型的通信接收器,即类型I和类型II的接收器,它们没有同时能够取消来自已知专门雷达信号的干扰。在型号I和类型II的接收器中,通过最精确的放松调试技术,通过最坏的变压技术来在全球最优化地解决了最大幅度的增益问题。

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