面向多用户跨近远场通信的宽间距阵列混合波束赋形
信息论
2025-02-18 v2 math.IT
摘要
凭借多GHz带宽，太赫兹（THz）波束赋形在第六代（6G）及未来通信中引起了越来越多的关注。现有的波束赋形设计主要聚焦于紧凑天线阵列，其中典型通信发生在远场。然而，在密集多用户场景中，仅依赖远场角度域无法区分角度相近的用户。因此，本文利用了一种多用户宽间距阵列（MU-WSA），它扩大了近场区域以引入额外的距离域，从而产生了一种跨近远场（CNFF）通信的新范式。在此范式下，研究了CNFF信道模型，并基于该模型优化了MU-WSA中的子阵间距和子阵数量以最大化信道容量。然后，在子连接系统中，提出了一种交替优化（AO）波束赋形算法来处理模拟预编码器的特殊块对角格式。对于全连接系统，提出了一种基于低复杂度导向矢量重构（SVR）的算法，通过构建MU-WSA的专用导向矢量来实现。数值评估表明，由于距离域分辨率，与紧凑阵列相比，MU-WSA在20dBm功率下可将频谱效率（SE）提升超过60%。此外，在SC系统中提出的AO算法可以实现FC系统总SE的80%以上，同时将移相器数量减少，从而降低功耗。FC系统中的SVR算法可以实现SE上限的95%以上，但运行时间仅为基于奇异值分解（SVD）算法的10%。
引用
@article{arxiv.2409.04682,
title = {Hybrid Beamforming with Widely-spaced-array for Multi-user Cross-Near-and-Far-Field Communications},
author = {Heyin Shen and Yuhang Chen and Chong Han and Jinhong Yuan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.04682},
year = {2025}
}