夹持天线系统（PASS）：功率辐射模型与最优波束赋形设计
信号处理
2025-10-02 v2 系统与控制
系统与控制
最优化与控制
摘要
夹持天线系统（PASS）通过沿介质波导配置激活夹持天线的位置（即夹持波束赋形）来改善无线链路。本文为 PASS 提出了一种新颖的可调功率辐射模型，其中夹持天线的功率辐射比可以通过调整夹持天线与波导之间的间距来灵活控制。推导出一种闭式的夹持天线间距排列策略，以实现通常假设的等功率辐射。基于此，考虑了一种依赖离散激活的实用 PASS 框架，其中夹持天线只能在一组预定义位置中被激活。在满足每个用户最低速率要求的约束下，构建了一个最小化发射功率的问题，该问题联合优化了发射波束赋形、夹持波束赋形以及激活的夹持天线数量。（1）为解决由此产生的高度耦合的混合整数非线性规划（MINLP）问题，针对单用户和多用户场景提出了基于分支定界（BnB）的算法，该算法保证收敛到全局最优解。（2）进一步开发了一种低复杂度的多对多匹配算法。结合 Karush-Kuhn-Tucker（KKT）理论，在多项式时间复杂度内获得了局部最优且成对稳定的解。仿真结果表明：（i）PASS 显著优于传统的多天线架构，尤其是在用户数量和空间范围增加时；（ii）所提出的基于匹配的算法实现了接近最优的性能，仅造成轻微的性能损失，同时显著降低了计算开销。代码可在 https://github.com/xiaoxiaxusummer/PASS_Discrete 获取。
引用
@article{arxiv.2505.00218,
title = {Pinching-Antenna Systems (PASS): Power Radiation Model and Optimal Beamforming Design},
author = {Xiaoxia Xu and Xidong Mu and Zhaolin Wang and Yuanwei Liu and Arumugam Nallanathan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.00218},
year = {2025}
}
备注
[Update] Detailed proof and numerical verification of the adjustable power radiation model have been added. Code is available at https://github.com/xiaoxiaxusummer/PASS_Discrete