远场波束训练能否用于太赫兹 UM-MIMO 通信中的跨场波束对准？
信息论
2024-01-15 v2 信号处理
math.IT
摘要
超大规模多输入多输出（UM-MIMO）是下一代无线网络中太赫兹通信的使能技术。在 THz UM-MIMO 系统中，由于近场范围随频率升高和阵列孔径增大而扩展，一种从近场到远场的跨场通信新范式正在兴起。跨场中的精确波束对准至关重要但也极具挑战。具体而言，不同于仅依赖角度域的远场波束，双域（角度和距离）训练的引入显著增加了开销。一个自然的问题是：远场波束训练能否用于跨场波束对准？本文通过证明远场训练在远场和近场场景中均能提供足够的信噪比（SNR），同时激发所有信道维度，从而回答了该问题。基于此，我们提出了一种大幅降低开销的子阵列协调分层（SCH）训练。为进一步获得高精度波束设计，我们提出了一种双相角度和距离波束估计器（TPBE）。大量仿真证明了所提方法的有效性。与近场穷举搜索相比，SCH 仅具有 0.2\% 的训练开销。TPBE 的角度和距离估计均方根误差分别达到 0.01 度和 0.02 m。此外，利用估计的波束方向，波束对准后实现了偏差仅为 0.11 dB 的近最优 SNR。
关键词
引用
@article{arxiv.2312.10394,
title = {Can Far-field Beam Training Be Deployed for Cross-field Beam Alignment in Terahertz UM-MIMO Communications?},
author = {Yuhang Chen and Chong Han and Emil Björnson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.10394},
year = {2024}
}