阻塞下稳定毫米波通信的波束成形设计再探讨

本研究考察了在随机路径阻塞下，利用多面板阵列的毫米波通信系统的模拟波束成形设计，其中每个面板是一个包含功率放大器、有限数量天线元件和相应移相器的集成电路。在现有的商用毫米波系统中，模拟波束通常设计为利用所有面板协同对齐视距路径，从而最大化阵列增益。尽管这种波束设计在静态信道中有效，但它极易受到由突发路径阻塞引起的频繁链路断开的影响。为应对这一挑战，本研究重新审视了模拟波束成形的设计，并提出了一种使用多面板阵列的多波束方法以增强对路径阻塞的鲁棒性。为评估具有多模指向性的多波束性能，对频谱效率的中断概率进行了理论分析。为了基于导出的中断概率设计最优多波束，我们构建了一个面板分配问题，以确定面板到特定路径（包括 LoS 和非视距路径）的分配。数值仿真证实，在高目标 SE 下，最优波束由对齐 LoS 路径的单个锐利波束组成以最大化阵列增益，而在低目标 SE 下，最优波束是对齐 LoS 和 NLoS 路径的多波束以获取空间分集。这些结果表明，所提出的利用多路径的多波束设计在确保最低要求性能水平的同时，有效增强了毫米波通信的稳定性。