ARIS-RSMA 기반 향상된 ISAC 시스템: 공동 송신 전력 분할 및 빔포밍 설계

ARIS-RSMA Enhanced ISAC System: Joint Rate Splitting and Beamforming Design

본 논문에서는 시야가 가려진 환경에서 다중 목표 감지 시 발생하는 공정성 문제를 해결하기 위해, 능동 재구성 지능형 표면(ARIS)을 활용한 송신 전력 분할 다중 접속(RSMA) 통합 감지 및 통신(ISAC) 시스템을 제안합니다. 송수신 장치와 ARIS에서의 빔포밍, 그리고 송신 전력 분할을 최적화하여, 다중 사용자 전송률 및 전력 제약 조건 하에서 다중 목표 반향 신호 대 잡음 및 간섭비(echo signal-to-interference-plus-noise ratio, SINR)의 최소값을 최대화합니다. 복잡하고 비볼록 문제인 이 문제는 세 개의 하위 문제로 분리되어, 주요화-최소화(majorization-minimization, MM) 및 순차적 순위-1 제약 완화(sequential rank-one constraint relaxation, SROCR) 알고리즘을 사용하여 반복적으로 해결됩니다. 시뮬레이션 결과, 제안하는 방식이 비직교 다중 접속, 공간 분할 다중 접속 및 수동 RIS 기준 성능보다 우수하며, 감지 전용 시스템의 상한 값에 근접하는 성능을 보입니다.

This letter proposes an active reconfigurable intelligent surface (ARIS) assisted rate-splitting multiple access (RSMA) integrated sensing and communication (ISAC) system to overcome the fairness bottleneck in multi-target sensing under obstructed line-of-sight environments. Beamforming at the transceiver and ARIS, along with rate splitting, are optimized to maximize the minimum multi-target echo signal-to-interference-plus-noise ratio under multi-user rate and power constraints. The intricate non-convex problem is decoupled into three subproblems and solved iteratively by majorization-minimization (MM) and sequential rank-one constraint relaxation (SROCR) algorithms. Simulations show our scheme outperforms nonorthogonal multiple access, space-division multiple access, and passive RIS baselines, approaching sensing-only upper bounds.