低复杂度远场和近场 MU-MIMO 通信的卷积波束空间波束成形
信号处理
2024-09-04 v1 信息论
math.IT
摘要
多用户多输入多输出（MU-MIMO）通信中，用户间干扰（IUI）消除一直是关键性问题。常用的线性处理方案包括最大比合并（MRC）、零强化（ZF）和最小均方误差（MMSE）波束成形，这些方法在天线数量增大时可能导致性能不佳或复杂度升高。本文引入一种基于卷积波束空间（CBS）技术的低复杂度线性波束成形方案，以解决 IUI 消除问题。具体而言，借助 CBS 的波束空间和空间滤波效应，可显著降低信道矩阵的维度。然而，现有空间滤波器设计方法主要依赖于信道矩阵的范德文特结构，这一特性仅适用于均匀平面波（UPW）模型下的远场场景。随着天线尺寸的增大，这一特性在阵列的近场区域可能消失，此时均匀球面波（USW）传播将占主导地位。为此，本文首先针对 UPW 模型 investigate 基于 CBS 的波束成形设计及性能分析。我们的结果表明，所提出的 CBS 基于 MMSE 波束成形能够实现接近最优性能，但显著低于经典 ZF 和 MMSE 方案的复杂度。此外，我们的分析也扩展至近场情形。为此，提出一种基于优化的 CBS 方法，以保持空间滤波效应，从而实现 CBS 基于波束成形的兼容性。最后提供数值结果，以证明所提出 CBS 基于波束成形方法的有效性。
引用
@article{arxiv.2409.00925,
title = {Convolutional Beamspace Beamforming for Low-Complexity Far-Field and Near-Field MU-MIMO Communications},
author = {Chao Feng and Huizhi Wang and Yong Zeng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.00925},
year = {2024}
}