面向THz超大规模混合MIMO系统的高效DOA估计的混合动态子阵架构
信号处理
2025-01-31 v1
摘要
太赫兹(THz)通信结合超大规模多输入多输出(UM-MIMO)技术为6G无线系统提供了前景，其中快速精准的方向到达(DOA)估计对于有效波束成形至关重要。然而，在THz UM-MIMO系统中寻找DOA面临诸多挑战：混合模拟-数字(HAD)架构虽降低硬件复杂度，却在空间信息获取方面引入固有难题；大规模天线阵列导致特征值分解结果出现显著偏差；传统二维DOA估计方法造成计算开销巨大，阻碍了快速精准实现。为此，我们提出一种混合动态子阵(HDS)架构，战略性地将天线元素划分为子数组，确保子数组之间的相位差仅与单维DOA相关。借助该架构创新，我们开发了两种高效DOA估计算法：一种采用纠正大规模阵列估计偏差的紧凑维MUSIC(RD-MUSIC)算法，实现快速处理；另一种进一步利用THz信道稀疏性，通过专门的双射频链配置获取初始闭式解，以加速估计。此外，我们通过Cramer-Rao下界分析构建了理论框架，为不同HDS配置提供基本洞察。大量仿真结果表明，本方案在实现卓越估计精度和计算效率方面取得佳绩，尤其适用于实际THz UM-MIMO系统。
引用
@article{arxiv.2501.18378,
title = {A Hybrid Dynamic Subarray Architecture for Efficient DOA Estimation in THz Ultra-Massive Hybrid MIMO Systems},
author = {Ye Tian and Jiaji Ren and Tuo Wu and Wei Liu and Chau Yuen and Merouane Debbah and Naofal Al-Dhahir and Matthew C. Valenti and Hing Cheung So and Yonina C. Eldar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.18378},
year = {2025}
}