太赫兹大规模 MIMO 系统中的宽带波束跟踪

太赫兹（THz）大规模多输入多输出（MIMO）被认为是未来 6G 无线通信的极具前景的技术之一。在 THz 大规模 MIMO 系统中，通过波束跟踪方案获取信道信息以跟踪移动用户至关重要。然而，为窄带系统设计的现有波束跟踪方案采用传统混合预编码结构，因波束分裂效应而遭受严重的性能损失，因此无法直接应用于宽带 THz 大规模 MIMO 系统。为了解决这个问题，本文通过考虑最近提出的用于 THz 大规模 MIMO 的延迟-相位预编码结构，提出了一种基于波束缩放的波束跟踪方案。具体而言，我们首先证明了波束缩放机制能够灵活控制全带宽上频率相关波束的角度覆盖范围，这可以通过精心设计延迟-相位预编码结构中的时间延迟来实现。然后，基于此波束缩放机制，我们提出在每个时隙中通过生成多个波束来同时跟踪多个用户物理方向。这些波束的角度覆盖范围被灵活缩放，以适应用户物理方向的潜在变化范围。经过若干时隙后，基站能够通过找出具有最大用户接收功率的波束来获得准确的用户物理方向。传统方案中一条射频链通常只能生成一个频率无关的波束，与此不同，所提出的基于波束缩放的波束跟踪方案可以利用一条射频链生成的多个频率相关波束同时跟踪多个用户物理方向。理论分析表明，所提出的方案能够以较低的波束训练开销实现接近最优的可实现和速率性能。