A simultaneously transmitting and reflecting intelligent surface (STARS) enabled integrated sensing and communications (ISAC) framework is proposed, where the whole space is divided by STARS into a sensing space and a communication space. A novel sensing-at-STARS structure, where dedicated sensors are installed at the STARS, is proposed to address the significant path loss and clutter interference for sensing. The Cramer-Rao bound (CRB) of the 2-dimension (2D) direction-of-arrivals (DOAs) estimation of the sensing target is derived, which is then minimized subject to the minimum communication requirement. A novel approach is proposed to transform the complicated CRB minimization problem into a trackable modified Fisher information matrix (FIM) optimization problem. Both independent and coupled phase-shift models of STARS are investigated: 1) For the independent phase-shift model, to address the coupling of ISAC waveform and STARS coefficient in the modified FIM, an efficient double-loop iterative algorithm based on the penalty dual decomposition (PDD) framework is conceived; 2) For the coupled phase-shift model, based on the PDD framework, a low complexity alternating optimization algorithm is proposed to tackle coupled phase-shift constants by alternatively optimizing amplitude and phase-shift coefficients in closed-form. Finally, the numerical results demonstrate that: 1) STARS significantly outperforms the conventional RIS in CRB under the communication constraints; 2) The coupled phase-shift model achieves comparable performance to the independent one for low communication requirements or sufficient STARS elements; 3) It is more efficient to increase the number of passive elements of STARS rather than the active elements of the sensor; 4) High sensing accuracy can be achieved by STARS using the practical 2D maximum likelihood estimator compared with the conventional RIS.


翻译:提出了同时传输和反映智能表面(STARS)的集成和反映智能表面(STARS)框架,使整个空间被STARS分成一个感测空间和通信空间。提出了一个新的StarS结构,在STARS安装了专门的传感器,以解决重大的路径丢失和对遥感的干扰。提出了2号楼(2D)抵达方向(DOAs)的Cramer-Rao绑定(CRB)对遥感目标的估算,然后根据最低通信要求将整个空间最小化。提出了一个新的方法,将复杂的CRB最小化问题转化为可追踪的修改的渔业信息矩阵(FIM)优化问题。提议对STARS的独立和同时的阶段变换模式进行调查。对于独立的阶段变换模型,解决IM2中ISAC波变和STARS系数的合并,根据惩罚双向状态(PD)框架,高效双向迭代迭代迭代算的测算法。 对于同步阶段(CRBS)的最小化阶段和最低变变变变变的S级标准框架,S的S级变换的SLIFIFIFIFDR的S的S 高级模型,根据S的变式变式的S的SDRFIFIFRFDRFDRFDR 高的S 格式框架, 高的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型, 最高变式的模型,为S的变式的变式的变式的变式的SDFIFIFIFTFIFDFTFTFT的计算为S的模型, 高的模型, 高的模型,S的S的变式的模型为S 高的变式的模型,S 高的模型为S 高的变式的变式的变式的变式为S的S的变式的S的变式的SDRDRDFTFDFDFDFTFTFDFDFDFTFTFIFDRDFTFTFTFIFDRMFDFDFDFFFFFFFFFFFFFFFFIFIFIFIFIFT的模型</s>

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