基于IRS天线阵架构的ISAC波束赋形优化OA

通感一体化(Integrated Sensing and Communication, ISAC)技术凭借其谱效高、能耗低及硬件成本优势,为高动态飞行自组网(Flying Ad-Hoc Networks, FANET)的波束赋形(Beamforming, BF)优化提供了新范式。本文将高能效智能反射面天线阵(Intelligent Reflecting Surface-Aided Antennas, IRS-A)引入FANET分簇结构中,通过联合优化簇头(Cluster Head, CH)ISAC收发BF和感知目标簇成员(Cluster Member, CM)通信接收BF提升FANETISAC系统中的CH-CM链路感知性能。具体而言,感知互信息(Sensing Mutual Information, SMI)作为目标响应信道和回波信号之间的条件互信息,可以表征感知目标信息获取的极限,本文以SMI作为性能指标,构建了在信号传输功率预算、IRS-A相移和通信服务质量约束下的BF优化框架。为了解决该多变量耦合的复杂非凸问题,本文提出了一种CH-CM联合收发BF交替优化算法,将原问题顺序拆解成系列子问题并迭代求解:基于瑞利定理得到CM通信接收数字BF闭式解,采用交替方向乘子法重构CH的ISAC收发BF子问题,进而基于加权最小均方误差推导其闭式解,最后采用流形优化算法设计IRS-A相移因子。仿真结果表明,所提出的优化算法能有效提升FANETISAC系统的SMI和感知能效。