分析均匀矩形阵列几何结构以增强近场波束聚焦与空间自由度
信号处理
2026-02-26 v1
摘要
随着高频段大规模天线阵列的部署，未来无线通信系统很可能工作在辐射近场区。与远场波束转向不同，近场波束可聚焦于具有有限深度的空间区域，从而在距离维度上实现空间复用。此外，在视距MIMO近场中，可获取多个空间自由度（DoF），类似于富散射环境。本文推导了广义均匀矩形阵列（URA）的波束深度，并研究了阵列几何结构如何影响近场波束深度及其极限。我们定义了有效波束聚焦瑞利距离（EBRD），以针对广义URA给出关于波束聚焦和空间复用增益的近场边界。结果表明，在固定阵元数约束下，阵列几何结构对波束深度有显著影响，而在固定孔径长度约束下，这种影响则减弱。此外，与均匀方形阵列相比，均匀线性阵列（ULA）等细长配置可产生更窄的波束深度，并扩展由EBRD定义的有效近场区域。基于这些见解，我们设计了一个用于基于压缩感知的信道估计的极坐标码本。仿真结果表明，所提出的极坐标码本相比现有最先进方法实现了2 dB的归一化均方误差（NMSE）改善。此外，我们给出了一个量化近场有效空间自由度的解析表达式，揭示其同样受EBRD约束。值得注意的是，ULA配置可实现最大空间自由度，在这方面优于方形URA。
引用
@article{arxiv.2602.21927,
title = {Analyzing URA Geometry for Enhanced Near-Field Beamfocusing and Spatial Degrees of Freedom},
author = {Ahmed Hussain and Asmaa Abdallah and Abdulkadir Celik and Emil Björnson and Ahmed M. Eltawil},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.21927},
year = {2026}
}