极大规模动态金属表面天线（XL-DMAs）：近场建模与信道估计
信号处理
2024-07-09 v1
摘要
动态金属表面天线（Dynamic metasurface antennas, DMAs）代表了一种用于极大规模（XL）通信的新型收发机阵列架构，相较于传统阵列具有降低功耗和低硬件成本的优势。本文聚焦于 XL-DMAs 的近场信道估计。我们首先分析了均匀平面阵列（Uniform Planar Arrays, UPAs）的近场特性，提出了“Oblong Approx.”模型。该模型解耦了极大规模动态金属表面天线的仰角-方位（Elevation-Azimuth, EL-AZ）参数，为表征近场效应提供了有效方法。该模型在保持极小模型误差的同时，比二阶泰勒展开模型具有更简洁的数学表达式，特别适用于椭圆形阵列。基于 Oblong Approx. 模型，我们提出了 EL-AZ 解耦估计框架，涉及对 AZ/EL 和 EL/AZ 方向的近场和远场参数估计。前者形式为分布式压缩感知问题，采用我们提出的离网分布正交最小二乘算法求解；后者则涉及直观的可并行搜索。关键的是，我们展示了 EL-AZ 解耦估计对近场 UPAs 的可行性，展现出优异的性能和随金属表面元素数量呈线性增长的复杂度。此外，我们设计了一种受 Lorentzian 约束的测量矩阵优化方法，并指出该约束对估计性能的影响。
引用
@article{arxiv.2407.04954,
title = {Extremely Large-Scale Dynamic Metasurface Antennas (XL-DMAs): Near-Field Modeling and Channel Estimation},
author = {Songjie Yang and Wanting Lyu and Boyu Ning and Yue Xiu and Youzhi Xiong and Hua Chen and Chadi Assi and Chau Yuen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.04954},
year = {2024}
}