6G integrated sensing and communications： From traditional MIMO to sparse MIMO

ZENG Yong; YANG Dingbang; LI Xinrui; MIN Hongqi

doi:10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20240363

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6G integrated sensing and communications： From traditional MIMO to sparse MIMO

Column of integrated sensing and communication | 更新时间：2025-11-14

- 6G integrated sensing and communications： From traditional MIMO to sparse MIMO
- Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni Vol. 64, Issue 4, Pages: 1-11(2025)
- 作者机构：
  
  1.东南大学 / 移动通信全国重点实验室，江苏南京 210096
  2.紫金山实验室，江苏南京 211111
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20240363
  CLC： TN929.5
- Received：23 December 2024，
  
  Accepted：05 February 2025，
  
  Published Online：07 April 2025，
  
  Published：25 July 2025
- 稿件说明：
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曾勇,杨定邦,李鑫睿等.6G通感一体化：从传统MIMO到稀疏MIMO[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2025,64(04):1-11.

ZENG Yong,YANG Dingbang,LI Xinrui,et al.6G integrated sensing and communications： From traditional MIMO to sparse MIMO[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2025,64(04):1-11.
曾勇,杨定邦,李鑫睿等.6G通感一体化：从传统MIMO到稀疏MIMO[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2025,64(04):1-11. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20240363.

ZENG Yong,YANG Dingbang,LI Xinrui,et al.6G integrated sensing and communications： From traditional MIMO to sparse MIMO[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2025,64(04):1-11. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20240363.

摘要

通信感知一体化（ISAC）已被确定为6G移动通信网络的六大典型应用场景之一，这对未来天线阵列的空间分辨率、抗干扰能力、感知自由度等提出了更高的要求。为了支撑6G高性能ISAC，一种方法是继续增加天线数量，这会不可避免地增加硬件成本、信号处理复杂度以及能量消耗。另外，稀疏多输入多输出（MIMO）是一种具有潜力的替代方案。相较于传统紧凑式MIMO，稀疏MIMO可以利用相同数量的天线阵元实现更大的孔径，进而提供更精细的空间分辨率。为此，本文对基于稀疏MIMO的ISAC进行综述。首先介绍稀疏MIMO的基础阵列架构，接着讨论了稀疏MIMO在无线通信领域具有的优势和面临的挑战，涉及空间分辨率、抗干扰能力、空间复用增益、信道容量和栅瓣问题，然后探讨基于稀疏MIMO的无线感知具有的优势和面临的主要挑战。最后，阐述了稀疏MIMO应用于ISAC的巨大潜力。

Abstract

ISAC（integrated sensing and communications） has been identified as one of the six typical application scenarios of the 6G mobile communication network. This puts higher requirements for the spatial resolution， anti-interference ability and sensing freedom of the antenna array in the future. To support the 6G high-performance ISAC， one approach is continue to increase the number of antennas which will inevitably increase the hardware cost， signal processing complexity， and energy consumption. On the other hand， sparse MIMO（multiple-input multiple-output） is a potential alternative. Compared with traditional compact MIMO， sparse MIMO can use the same number of array elements to achieve a larger aperture， thus providing finer spatial resolution. Therefore， this paper presents a comprehensive review of ISAC based on sparse MIMO. The basic array architecture of sparse MIMO is first introduced， and then the advantages including spatial resolution， communication rate， spatial multiplexing gain， channel capacity and gating lobe， and main challenge of sparse MIMO based wireless communication are discussed followed by sparse MIMO based wireless sensing. Finally，the huge potential of sparse MIMO on ISAC is introduced.

关键词

Keywords

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