Waveform design for integrated imaging and communication systems: performance analysis, optimization, and tradeoffs

Integrated Sensing and Communications (ISAC) is fundamental to the development of next-generation communications systems, enabling both improvements to network reliability, and novel services related to smart mobility. COSMIC (Connectivity-Oriented Sensing Method for Imaging and Communication) waveform design is an approach that prioritizes imaging performance, while maintaining communication capacity, at the cost of a heavy computational load. This thesis begins with an an analysis of the computational, communication, and imaging performance of the COSMIC system, and then extends the COSMIC design principle to networked sensing settings, while optimizing its performance within a computational budget. It also proposes a strategy for imaging optimization, including the design of sparse arrays, based on the wavevector tesselation principle. The imaging design methodologies of this thesis also extend to generic ISAC scenarios.

Integrated Sensing and Communications (ISAC) è fondamentale per lo sviluppo dei sistemi di telecomunicazioni di nuova generazione, in quanto permettono sia miglioramenti nell'affidabilità delle reti, sia nuove applicazioni nella smart mobility. COSMIC (Connectivity-Oriented Sensing Method for Imaging and Communication) è un approccio al design della waveform per ISAC che dà priorità all'imaging, garantendone le performance, e allo stesso fornisce funzionalità di comunicazione, a costo di un grande carico computazionale. Questa tesi inizia con un'analisi della complessità della generazione della forma d'onda COSMIC, e successivamente ne estende i principi ai contesti di networked sensing, ottimizzando le performance per un massimo budget computazionale. Si propone inoltre una strategia per l'ottimizzazione dell'imaging, incluso il design di array sparso, basato sul principio di tassellazione del dominio dei numeri d'onda. Le metodologie proposte nella tesi sono estendibili anche a scenari ISAC generici.