三混合 MIMO 架构中可重构天线的信号处理基础
信号处理
2026-04-28 v1
摘要
为实现 MIMO 系统中更大的孔径，三混合 MIMO 架构通过在传统数字和模拟处理之上引入可重构天线作为第三层前导，提供了一种低成本低功耗的解决方案。本文发展了一种统一的信号处理框架，用于三混合 MIMO，显式捕捉各种可重构天线技术的电磁学特性。我们首先提出了一种通用输入输出模型，将可重构天线层纳入有效信道表示，揭示了信道前导器与辐射功率之间的根本性耦合。基于此模型，我们构建了一个一般优化问题，联合考虑数字、模拟和天线域前导，在硬件和功率约束下进行优化。随后，我们在包括奇点天线阵列、动态超 Surfaces 天线、流体像素天线、极化可重构天线、堆叠智能超 Surfaces、针扎天线系统和非辐射导线等七种典型可重构天线架构中实现了该框架。为系统比较这些异构架构，我们引入了新的度量——可重构效率因子 REF，其量化了在现实约束下通过天线可重构实现的性能提升。数值结果展示了孔径大小、功耗、硬件复杂度和频谱效率之间的权衡。我们的结果表明，电磁学水平的可重构性重新塑造了信号处理设计空间，凸显了需要新的架构和算法能够在数字、模拟和电磁学域联合优化的必要性。这一工作揭示了电磁可重构性使信道和前导器发生耦合。
引用
@article{arxiv.2604.23529,
title = {Signal Processing Foundations of Reconfigurable Antennas in the Tri-Hybrid MIMO Architecture},
author = {Nitish Vikas Deshpande and Joseph Carlson and Siyun Yang and Mohamed Akrout and Alfredo Gonzalez and Miguel Rodrigo Castellanos and Tharmalingam Ratnarajah and Chan-Byoung Chae and Robert W. Heath},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.23529},
year = {2026}
}