基于 Fresnel 区的近场宽带波束赋形技术
信息论
2024-12-02 v1 信号处理
math.IT
摘要
可重构智能面（Reconfigurable intelligent surface, RIS）因其高路径损耗及信号易被阻挡的局限，已成为毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）通信系统的有前景解决方案。随着 RIS 阵列增大及系统带宽提升，近场波束分裂效应显现——不同频率的波束聚焦于不同物理位置，导致波束赋形显著性能损失。为此，我们利用 Fresnel 区特性：RIS 单元在单一 Fresnel 区内的波束分裂消失，提出沿 Fresnel 区及垂直于其方向的二维波束赋形设计。使沿同一 Fresnel 区的 RIS 单元相位一致，以保证反射信号在接收方无论频率如何均可相位叠加。随后，等效信道表达式简化为由相位设计调制的 Fresnel 区反射强度的傅里叶变换。我们证明，在Fresnel 区上均匀分布且相位一致的带内增益，可实现可达速率的上界。最后，采用定点相位法及 Gerchberg-Saxton (GS) 算法设计 RIS 相位 shifts 以逼近该上界。仿真结果验证了本文基于 Fresnel 区的方法在抑制近场波束分裂效应方面的有效性。
引用
@article{arxiv.2411.18878,
title = {Near-Field Wideband Beamforming for RIS Based on Fresnel Zone},
author = {Qiumo Yu and Linglong Dai},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.18878},
year = {2024}
}