Multiband integrated sensing and communication in the sub-6 GHz and millimeter wave bands

The development and validation of signal processing techniques to achieve multiband Joint Communication and Sensing (JCS) are addressed in this work. In wireless communication systems, as the radio signal propagates through the environment, it is reflected and scattered by physical objects and reaches the receiver in multiple delayed and attenuated copies (multipath components). Analyzing such multipath components, it is possible to retrieve the distance and the velocities of the nearby targets. In the existing literature, JCS systems working in the sub-6 GHz and the millimeter-wave (mmWave) frequency bands have only explored the superficial integration of the two bands, focusing on optimizing the beam-training procedure at the mmWave. This thesis proposes a multiband JCS system that reaps the full potential of both frequency bands, i.e., the accuracy of the mmWave and the reliability of the sub-6 GHz band signals. Has been realized a unified channel representation using an optimization algorithm that integrates the strengths of both bands. This approach is validated by creating a dedicated simulation environment and by applying the algorithm to experimental data.

In questo lavoro di tesi vengono affrontate le tecniche di elaborazione dei segnali per la realizzazione di sistemi multibanda di Joint Communication and Sensing (JCS). Nei sistemi di comunicazione wireless, quando il segnale radio si propaga nell'ambiente, viene riflesso e diffuso dagli oggetti fisici circostanti, raggiungendo al ricevitore attraverso copie ritardate ed attenuate del segnale originale. Analizzando tali componenti, è possibile ricavare la distanza e le velocità dei target presenti. Nella letteratura esistente, i sistemi JCS che operano sia nella banda sotto i 6 GHz che nella banda delle onde millimetriche (mmWave), presentano solo una superficiale integrazione di queste due bande; concentrandosi prevalentemente sull'ottimizzazione della procedura di beam-training nella banda delle mmWave. Per le ragioni sopra menzionate, in questa tesi viene proposto un sistema JCS multibanda che sfrutta le potenzialità di entrambe le bande: l’accuratezza della banda delle onde millimetriche e l’affidabilità dei segnali nella banda delle frequenze inferiori ai 6 GHz. Attraverso l'utilizzo di un algoritmo di ottimizzazione, è stata creata un rappresentazione del canale univoca che sfrutta le proprietà delle diverse bande. Questo metodo è stato poi validato creando un ambiente di simulazione dedicato e applicando l'algoritmo a dati sperimentali reali.