基于像素天线的 MIMO 通信容量研究

像素天线是一种通过称为天线编码技术来自适应重构每个天线辐射模式的可行技术，该技术控制连接到多个像素端口的开关的状态。本文研究了一个双方均配备多个像素天线的多输入多输出（MIMO）系统。旨在通过联合优化发射协方差矩阵和双方天线编码器，刻画该 MIMO 系统的基本容量极限。该问题是一种混合整数非线性规划（MINLP），由于涉及对应天线编码器的二进制优化变量而具有非凸性，尤其具有挑战性。我们首先提出一种基于穷举搜索的方法，以获得该问题的最优解，对应于基本容量极限。随后，我们提出一种基于分支-界限的迭代算法，旨在在像素端口数量较大时找到高质量次优解，复杂度低于穷举搜索。最后，我们构思一种基于交替优化（alternating optimization, AO）的方法，具有多项式复杂度。数值结果表明，我们提出的算法在性能和复杂度之间实现了灵活的权衡。此外，为收发器配备像素天线可提高 MIMO 通信的可达速率。