面向近场 ISAC 的模块化 XL-MIMO 混合波束设计
信号处理
2025-07-16 v2
摘要
本文提出一种新型模块化超大规模多输入多输出（XL-MIMO）集成感知通信（ISAC）框架。我们考虑下行链路 ISAC 场景，利用模块化阵列结构提高通信频谱效率和感知分辨率，同时通过采用混合球面和平面波前模型降低信道建模复杂度。考虑到模块化阵列固有的混合数字-模拟结构，我们基于通信频谱效率和感知信噪比（SCNR）制定了联合模拟-数字波束设计问题。通过探讨通信和感知信道的结构相似性，可证明最优发射协方差矩阵位于子数组响应向量张成的子空间中，从而得到最优模拟波束器的闭式解。因此，联合设计问题被转化为低维秩受限的数字波束器优化问题。我们首先提出一种直接在秩受限 Stiefel 流形上优化数字波束器的流形优化方法。此外，我们开发了基于半正定松弛（SDR）的方法，通过放松秩约束并采用随机化技术获得近最优解。仿真结果表明，所提出的模块化 XL-MIMO ISAC 框架和算法有效。
引用
@article{arxiv.2406.12323,
title = {Hybrid Beamforming Design for Near-Field ISAC with Modular XL-MIMO},
author = {Chunwei Meng and Dingyou Ma and Zhaolin Wang and Yuanwei Liu and Zhiqing Wei and Zhiyong Feng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.12323},
year = {2025}
}