一种新旧理念:用于高效亚太赫兹多用户 MIMO 的波束赋形反射阵列
信号处理
2025-07-22 v2 信息论
math.IT
摘要
我们提出一种新颖的、高能效且硬件高效的、面向多用户 MIMO 的多波束 RIS(可重构智能表面)架构,尤其适用于极高频段(例如高频毫米波与亚太赫兹),此类信道在波束空间中通常具有稀疏性且视距(LOS)为主导分量。其核心模块由一个具有少量有源天线的有源多天线馈源(AMAF)构成,该馈源置于具有大量无源可控反射单元的 RIS 的近场中。我们提出一种务实方法以获得具有高增益与极低旁瓣的可控波束。随后,通过紧密堆叠 K 个此类 AMAF-RIS 模块可实现 K 个独立可控波束。我们的分析包含模块间的互干扰,以及由于信号穿过 AMAF-RIS 结构的传播时延差,即便在纯 LOS 传播下所得信道矩阵亦具有频率选择性的事实。我们考虑了一种三维几何结构,并表明通过在角度与距离上均受限的斑点波束,'波束聚焦'实际上在远场亦可实现(且在覆盖方面更为有效)。我们的结果表明:1) 当以足够角度/距离间隔选取用户时,得益于极低旁瓣波束,无需计算昂贵的基带多用户预编码的简单 RF 波束赋形(BF)即足以基本消除多用户干扰;2) 标准差高达 2.5 度的波束指向误差以及量化位数 > 2 的 RIS 量化相移器的影响基本可忽略;3) 所提架构在具有相同 BF 性能时,从硬件实现角度看比标准有源阵列更节能且简单得多。我们还表明所提 AMAF-RIS 结构的阵列增益随 RIS 孔径线性增长。
引用
@article{arxiv.2311.18593,
title = {A New Old Idea: Beam-Steering Reflectarrays for Efficient Sub-THz Multiuser MIMO},
author = {Krishan Kumar Tiwari and Giuseppe Caire},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.18593},
year = {2025}
}
备注
13 pages