近场感知赋能的预测波束赋形：从估计到跟踪

提出一种近场感知（NISE）赋能的预测波beamforming框架，以便于高迁移率信道的无线通信。与传统远场感知不同，后者仅捕获用户的方位角和径向速度，而NISE则可估计用户的完整运动状态，包括额外的距离和横向速度信息。提出两种基于估计和跟踪概念的完整运动状态感知方法。1）AGD-AO方法：用户的完整运动状态在单个CPI内进行估计。具体而言，采用梯度下降法基于最大似然准则估计用户的横向和径向速度，同时通过运动学模型计算距离和方位角。在此过程中，利用矩估计来自适应调节步长，从而实现更平滑、更快的梯度下降。2）EKF方法：用户的完整运动状态在多个CPI之间进行跟踪。基于多个CPI中的噪声测量值，EKF迭代预测和更新当前运动状态，以实现低跟踪误差。基于获取的完整运动状态，可以对波beamforming进行预测，并对Doppler频率进行补偿，而无需额外的副载波开销。提供数值结果，以验证所提出方法在效率和有效性方面优于传统远场预测波beamforming和反馈基方法。也揭示了：1）所提出的AGD-AO可实现小梯度下的稳定下降，从而加速收敛；2）与远场预测波beamforming和反馈基方案相比，两种所提出方法均表现出优越性能；3）通过合并多个CPI，EKF方法在低信噪比区域表现出更好的鲁棒性。