ISAC Using Low Complexity mmWave Digital Beamforming Architectures
(2025) In Master's Thesis in Mathematical Sciences FMSM01 20251Mathematical Statistics
- Abstract
- ISAC, or Integrated Sensing and Communication, is a growing research area and is expected to be an important part of the forthcoming 6G wireless communication standard. In this thesis, we focus on examining performance and limitations of an ISAC-radar in a low-complexity mmWave beamforming architecture. We design methods to detect multiple nearby targets and estimate their range, velocity, angle of arrival and size in an architecture where reducing computational cost is vital. A particular focus is placed on developing sensing techniques that are easily incorporated into conventional receiver processing, designed for 5G communication, while remaining computationally efficient enough to be integrated into real-time communication systems.... (More)
- ISAC, or Integrated Sensing and Communication, is a growing research area and is expected to be an important part of the forthcoming 6G wireless communication standard. In this thesis, we focus on examining performance and limitations of an ISAC-radar in a low-complexity mmWave beamforming architecture. We design methods to detect multiple nearby targets and estimate their range, velocity, angle of arrival and size in an architecture where reducing computational cost is vital. A particular focus is placed on developing sensing techniques that are easily incorporated into conventional receiver processing, designed for 5G communication, while remaining computationally efficient enough to be integrated into real-time communication systems. Configurations based on the standard 3GPP 5G communication specification for mmWave communication are used and performance is examined both with and without the presence of radio impairments. Finally, we delve into the broad topic that is classifying non-line-of-sight targets, where we propose a technique that could suggest that a detected target is potentially a false alarm after a single pulse. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- ISAC - Integrerad Avkänning och Kommunikation, är ett nytt och växande forskningsområde som förenar två tidigare separata men närbesläktade områden, avkänning (sensing), och kommunikation. Detta görs genom att dela hårdvara, konfigurationer och tekniker för de båda applikationerna.
Detta arbete inriktar sig specifikt på implementationen av ISAC inom låg-komplexitets millimetervågsarkitekturer för digital beamforming, designat för kommunikation i 5G. Dessa arkitekturer är i sig ett mycket utforskat område inom mobilkommunikation, dock inte i avseende till att det ska klara både kommunikation och avkänning/radar. Integrationen av avkänning i kommunikationssystem har redan börjat diskuteras inom relevanta standardiseringsorgan som 3GPP och... (More) - ISAC - Integrerad Avkänning och Kommunikation, är ett nytt och växande forskningsområde som förenar två tidigare separata men närbesläktade områden, avkänning (sensing), och kommunikation. Detta görs genom att dela hårdvara, konfigurationer och tekniker för de båda applikationerna.
Detta arbete inriktar sig specifikt på implementationen av ISAC inom låg-komplexitets millimetervågsarkitekturer för digital beamforming, designat för kommunikation i 5G. Dessa arkitekturer är i sig ett mycket utforskat område inom mobilkommunikation, dock inte i avseende till att det ska klara både kommunikation och avkänning/radar. Integrationen av avkänning i kommunikationssystem har redan börjat diskuteras inom relevanta standardiseringsorgan som 3GPP och inkorporeringen av ISAC förväntas bli verklighet i slutet av 5G och i framtida 6G.
Möjligheterna med ISAC är stora, särskilt eftersom de flesta geografiska platser idag har tillgång till mobilkommunikation, vilket innebär att det finns goda chanser att införa tekniken utan att mycket ny infrastruktur krävs. Några spännande tillämpningar är självkörande bilar, automatiserad industri och intelligenta drönarnätverk. För oss, med den givna konfigurationen, är en tydlig applicering just automatiserad industri. Vi arbetar med att identifiera mål i storleksordning människa till fordon, hastigheter från gång till långsamt körande fordon och arbetar på distanser från 2-50 meter.
I det här projektet har vi undersökt möjligheterna och begränsningarna som finns inom ISAC för specifikt BeammWaves låg-komplexitets millimetervågs digital beamforming arkitektur. Vi har gjort detta genom att formulera en systemmodell, beskrivit hur en ISAC-signal propagerar genom luften och även tagit hänsyn till vanliga imperfektioner i radioimplementation. Därefter har vi gått igenom etablerade metoder för att identifiera och estimera de viktigaste parametrarna inom radaravkänning, vilka är, avstånd, hastighet, infallsvinkel och målets storlek. Vi har introducerat möjliga förbättringar för respektive metod och utvärderat dessa med avseende på precision, robusthet och beräkningskostnad. Från detta har vi kunnat dra slutsatser om möjligheterna och begränsningarna för ISAC inom denna typ av radio arkitektur. Just avvägningen mellan precision och beräkningskostnad kan bli avgörande för praktiska implementationer av ISAC i framtiden, då mobilkommunikation med 5G samt framtida 6G kräver snabb och högpresterande kommunikation och sensingfunktionalitet till en komplexitetskostnad realistisk i en telefon. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9196064
- author
- Wennemo, Emanuel LU and Bengtsson, Christoffer LU
- supervisor
- organization
- alternative title
- ISAC för lågkomplexa mmWave-arkitekturer med digital beamforming
- course
- FMSM01 20251
- year
- 2025
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- ISAC, mmWave, 5G NR, 6G, 3GPP, Beamforming, Sensing, Communication
- publication/series
- Master's Thesis in Mathematical Sciences
- report number
- LUTFMS-3523-2025
- ISSN
- 1404-6342
- other publication id
- 2025:E56
- language
- English
- id
- 9196064
- date added to LUP
- 2025-06-11 15:52:52
- date last changed
- 2025-06-11 15:52:52
@misc{9196064,
abstract = {{ISAC, or Integrated Sensing and Communication, is a growing research area and is expected to be an important part of the forthcoming 6G wireless communication standard. In this thesis, we focus on examining performance and limitations of an ISAC-radar in a low-complexity mmWave beamforming architecture. We design methods to detect multiple nearby targets and estimate their range, velocity, angle of arrival and size in an architecture where reducing computational cost is vital. A particular focus is placed on developing sensing techniques that are easily incorporated into conventional receiver processing, designed for 5G communication, while remaining computationally efficient enough to be integrated into real-time communication systems. Configurations based on the standard 3GPP 5G communication specification for mmWave communication are used and performance is examined both with and without the presence of radio impairments. Finally, we delve into the broad topic that is classifying non-line-of-sight targets, where we propose a technique that could suggest that a detected target is potentially a false alarm after a single pulse.}},
author = {{Wennemo, Emanuel and Bengtsson, Christoffer}},
issn = {{1404-6342}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
series = {{Master's Thesis in Mathematical Sciences}},
title = {{ISAC Using Low Complexity mmWave Digital Beamforming Architectures}},
year = {{2025}},
}