基于 MIMO 雷达的近场三维定位：Cramér-Rao 界与估计器设计
信息论
2023-08-16 v2 信号处理
math.IT
摘要
未来的第六代（6G）网络有望通过密集部署的、工作于毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）频带且配备大规模天线的基站（BS）来提供感知与通信功能。由于大量天线和高频带，感知与通信将在近场区域内工作，从而使得基于远场信道模型的传统设计不再适用。本文研究了一种近场多输入多输出（MIMO）雷达感知系统，其中配备大规模天线的收发机旨在对三维（3D）空间中的多个近场目标进行定位。特别地，我们采用通用的波前传播模型，考虑精确的球面波前以及不同天线间信道相位和振幅的变化。此外，我们考虑了通用的发射信号波形并考虑了未知的杂波环境。在此设置下，待估计的未知参数包括多个目标的三维坐标和复反射系数，以及噪声和干扰协方差矩阵。相应地，我们推导了估计目标坐标的 Cramér-Rao 界（CRB）。接下来，为促进实际定位，我们基于三维近似循环优化（3D-ACO）提出了一种高效估计器，其依据最大似然（ML）准则获得。最后，数值结果表明，与先前基于跨天线恒定信道振幅的工作相比，考虑精确的天线变化信道振幅可实现更精确的 CRB，尤其是当目标靠近收发机时。结果还表明，所提估计器的定位性能接近推导的 CRB，从而验证了其优越性能。
引用
@article{arxiv.2305.10986,
title = {Near-Field 3D Localization via MIMO Radar: Cram\'er-Rao Bound and Estimator Design},
author = {Haocheng Hua and Jie Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.10986},
year = {2023}
}
备注
8 pages, 4 figures as an extended version. Its 6 pages version has been accepted for presentation in IEEE Globecom 2023 Symposia