极大规模天线阵列的近场宽带波束成形
信息论
2024-06-04 v4 信号处理
math.IT
摘要
极大规模天线阵列（ELAAs）与太赫兹（THz）通信的自然融合有望在 6G 网络中实现 Tbps 速率。然而，由于极大的阵列孔径与宽带特性，出现了一种称为“近场波束分裂”的新现象。该现象导致不同频率的波束聚焦于不同物理位置，造成波束成形增益显著损失。为应对这一挑战性问题，我们首先利用分段远场信道模型来近似复杂的近场宽带信道：将整个大阵列划分为若干小子阵列，整个阵列上的无线信道相位差异建模为近场球面，而各子阵列内的相位差异近似为远场平面。基于此近似，提出了一种采用延迟相位预编码（DPP）架构的相位延迟聚焦（PDF）方法。我们的 PDF 方法可分别通过联合控制移相器与时延器来补偿阵内远场相位差异与阵间近场相位差异。理论与数值结果证明了所提 PDF 方法在缓解近场波束分裂效应上的有效性。最后，我们通过波束成形增益损失的评估定义并推导了一种称为“有效瑞利距离”的新度量。相比经典瑞利距离，有效瑞利距离在确定实际通信近场范围上更为准确。
引用
@article{arxiv.2109.10054,
title = {Near-Field Wideband Beamforming for Extremely Large Antenna Arrays},
author = {Mingyao Cui and Linglong Dai},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.10054},
year = {2024}
}
备注
Accepted by IEEE TWC. The near-field beam split effect is revealed and addressed. We also define a more accurate metric called effective Rayleigh distance to divide the near-field and far-field regions. Simulation codes will be provided after publication: http://oa.ee.tsinghua.edu.cn/dailinglong/publications/publications.html