近日，香港中文大学（深圳）理工学院沈闓明教授团队有关通感一体化的工作发表在IEEE Transactions on Wireless Communications，沈闓明教授为论文的通讯作者。

论文题目：Fast Fractional Programming for Multi-Cell Integrated Sensing and Communications

论文链接：https://arxiv.org/pdf/2406.10910

代码链接：https://kaimingshen.github.io/myCodes/Fast_FP_ISAC.zip

期刊介绍

IEEE无线通信汇刊（IEEE Transactions on Wireless Communications, 简称TWC）是无线通信领域的国际权威期刊之一，致力于发表在无线通信技术前沿取得的重要研究成果。该期刊鼓励提交同时涵盖理论创新（包括新技术、新概念与分析方法）和工程实践（包括系统实验、原型设计与新型应用）的高质量论文。

研究介绍

图1 多小区通感一体化系统

该工作聚焦于配备大规模天线阵列的多基站ISAC系统中的波束赋形问题，旨在提升通信速率的同时增强感知精度，具体优化指标为通信数据速率与Fisher信息的加权和。

团队首先从分数规划（Fractional Programming, FP）的角度重新审视了传统MIMO波束赋形中的加权最小均方误差（WMMSE）算法，发现其结构与ISAC问题天然契合。然而，WMMSE迭代过程需反复计算高维矩阵逆，计算复杂度高，难以布署于大规模天线系统中。

为克服这一挑战，团队引入非齐次上界构造方法，并结合FP理论，设计了一种无需矩阵求逆的高效波束赋形优化算法。此外，团队还进一步揭示了该算法与梯度投影法（Gradient Projection）之间的深层联系，并引入Nesterov加速机制，从而显著提升了算法的收敛速度。

图2 所提算法（Nonhomogeneous FP和Fast FP）相较于传统算法（Conventional FP）收敛速度更快

作者简介

陈雁南，香港中文大学（深圳）理工学院计算机与信息工程专业在读博士生，分别于2018年和2021年在厦门大学获得自动化学士学位和模式识别与智能系统硕士学位。主要研究方向为优化、无线通信和机器学习。

冯一，香港中文大学（深圳）理工学院计算机与信息工程专业在读博士生，于2023年获得上海交通大学数学与应用数学专业工学学士学位。主要研究方向为优化理论、无线通信与信息论。

李晓阳，香港中文大学（深圳）客座助理教授、深圳市大数据研究院副研究员、博士生导师、香港大学博士。研究方向包括通信感知计算一体化、网络优化等。入选中国科协青年托举工程、福布斯中国青年精英、省级人才、市级人才、深圳市优秀博士后。入选中国通信学会信息通信领域科技论文激励计划，获IEEE通信感知一体化大会最佳论文奖、华为第一届Wi-Fi感知大赛优胜奖、粤港澳大湾区高价值专利培养布局大赛优秀奖等奖项。

赵立成博士现任深圳市大数据研究院研究科学家。于2014年获得东南大学信息工程学士学位，并于2018年获得香港科技大学电子与计算机工程系博士学位。曾于京东担任推荐系统的算法工程师。研究兴趣包括优化理论和高效算法，并将其应用于信号处理、机器学习以及推荐系统中的深度学习领域。

沈闓明博士现任香港中文大学（深圳）校长青年学者、理工学院助理教授。 2011年本科毕业于上海交通大学信息安全专业，并同时取得数学专业学士学位，2013年和2020年分别获加拿大多伦多大学电子与计算机工程专业硕士和博士学位。研究方向包括数学优化、无线通信、信息论、数据科学。沈闓明博士获2021年IEEE信号处理学会最佳青年论文奖，2024年国际基础科学大会前沿科学奖。他是IEEE高级会员，担任IEEE Transactions on Wireless Communications期刊编辑。

供稿 | 理工学院博士生陈雁南（沈闓明教授团队）