太赫兹通信中超大规模 MIMO 的波束成形技术
摘要
频率带为 THz 的太赫兹(THz)通信被视作未来高速无线通信的一种有前景的解决方案。尽管拥有数十吉赫兹的可用带宽，太赫兹信号遭受严重的自由空间扩散损耗和分子吸收损耗，限制了无线传输距离。为补偿传播损耗，可采用超大规模多输入多输出(UM-MIMO)通过波束成形技术产生高增益定向波束。本文综述了面向太赫兹 UM-MIMO 系统的波束成形技术。具体而言，我们首先给出太赫兹 UM-MIMO 的系统模型并明确其信道参数与架构类型。随后，我们阐述基于 UM-MIMO 的波束成形基本原理，并讨论太赫兹 UM-MIMO 中的远场与近场假设。此外，介绍了太赫兹频段一种重要的波束成形策略即波束训练，总结了波束训练协议与码本设计方法。分别研究了智能反射面(IRS)辅助的联合波束成形与太赫兹 UM-MIMO 系统中的多用户波束成形。分析了太赫兹波束成形中的空间宽带效应与频率宽带效应并给出相应解决方案。进而，我们展示了相应的制备技术并阐明了受益于太赫兹波束成形的新兴应用。最后指出了太赫兹 UM-MIMO 系统的开放性挑战与未来研究方向。
引用
@article{arxiv.2107.03032,
title = {Beamforming Technologies for Ultra-Massive MIMO in Terahertz Communications},
author = {Boyu Ning and Zhongbao Tian and Weidong Mei and Zhi Chen and Chong Han and Shaoqian Li and Jinhong Yuan and Rui Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.03032},
year = {2023}
}
备注
This paper has been published: B. Ning et al., "Beamforming Technologies for Ultra-Massive MIMO in Terahertz Communications," in IEEE Open Journal of the Communications Society, vol. 4, pp. 614-658, 2023, doi: 10.1109/OJCOMS.2023.3245669. URL:https://ieeexplore.ieee.org/document/10045774