面向近场定位的动态超表面天线电路合规优化

本文提出了一种带有动态超表面天线（Dynamic Metasurface Antenna, DMA）接收机的近场定位优化框架。这种超表面技术提供了增强的角度和距离分辨率，利用具有可调响应的亚波长间距超材料实现了高效的混合模拟与数字（A/D）波束成形（BF）。然而，绝大多数最先进的 DMA 设计基于其接收操作的理想化模型，忽略了若干实际因素，例如给定孔径内密集部署的超材料之间不可避免的互耦合。基于近期的一种电路合规有源超表面模型，我们提出了一种新颖的互耦合感知框架，用于接收 DMA 处定位优化的混合 A/D BF 权重。为了处理所部署模型固有的复杂性，我们引入了 DMA 模拟 BF 矩阵的一阶和二阶近似，从而在保持精度的同时实现高效优化。我们推导了用于用户位置估计的 Cramer-Rao 界，以此作为混合 A/D BF 矩阵的设计目标。本文给出了两种近似下这些矩阵的闭式解，并通过数值研究验证了其有效性。结果还表明，所提出的 DMA 设计优于针对同一目标优化的最先进多天线接收架构。