To support the unprecedented growth of the Internet of Things (IoT) applications and the access of tremendous IoT devices, two new technologies emerge recently to overcome the shortage of spectrum resources. The first one, known as integrated sensing and communication (ISAC), aims to share the spectrum bandwidth for both radar sensing and data communication. The second one, called over-the-air computation (AirComp), enables simultaneous transmission and computation of data from multiple IoT devices in the same frequency. The promising performance of ISAC and AirComp motivates the current work on developing a framework that combines the merits of both called integrated sensing and AirComp (ISAA). Two schemes are designed to support multiple-input-multiple-output (MIMO) ISAA simultaneously, namely the shared and separated schemes. The performance metrics of radar sensing and AirComp are evaluated by the mean square errors of the estimated target response matrix and the received computation results, respectively. The design challenge of MIMO ISAA lies in the joint optimization of radar sensing beamformers and data transmission beamformers at the IoT devices, and data aggregation beamformer at the server, which results in complex non-convex problem. To solve this problem, an algorithmic solution based on the technique of semidefinite relaxation is proposed. The results reveal that the beamformer at each sensor needs to account for supporting dual-functional signals in the shared scheme, while dedicated beamformers for sensing and AirComp are needed to mitigate the mutual interference between the two functionalities in the separated scheme. The use case of target location estimation based on ISAA is demonstrated in simulation to show the performance superiority.


翻译:为支持Tings Internet(IoT)应用的空前增长以及巨大的IoT装置的接入,最近出现了两种新技术,以克服光谱资源的短缺。第一个称为综合遥感和通信(ISAC),目的是同时共享雷达遥感和数据通信的频带带带宽带宽;第二个称为AirComp(Air-Comp),以同一频率同时传输和计算多个IoT装置的数据。ISAC和AirComp的有希望的性能激励了当前开发一个将综合遥感和AirComp(ISAA)的优点结合起来的框架的工作。两个方案旨在同时支持多投入-多输出(MIMO) ISAA(IMO)的功能宽度宽度带宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度,即共享和分离的系统宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度宽度。 IMOISSA(ISA)的设计挑战在于联合优化雷达感测值和数据传输装置和数据传输校正解校(IS调)的图解解分解)的系统,在SAL(ITOxl)的精确值精度上支持双比值精度精度的精确度精确度的精确度的精确度上的精确度精确度精确度上的精确度的精确度上的精确度,在SLVLVIA值上显示值的精确度上显示的精确度上显示值。

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