面向圆阵列近场通信的宽带波束成形
信息论
2024-04-04 v1 信号处理
math.IT
摘要
研究了均匀圆阵（UCA）在近场宽带通信系统中的波束成形性能。与均匀线阵（ULA）相比，UCA 在所有方向上表现出均匀的有效阵列孔径，从而使更多用户能够受益于近场通信。本文在距离域和角域全面分析了近场宽带 UCA 系统中独特的波束偏斜效应。严格证明了在宽带 UCA 系统中波束焦点仅存在于特定频率处，从而导致显著的波束成形损失。为了减轻这种独特的波束偏斜效应，采用了基于真时延（TTD）的波束成形架构。特别地，提出了两种利用 TTD 单元的宽带波束成形优化方法。1）解析法：在该方法中，移相器（PS）和 TTD 单元的时延是基于波束成形增益的解析公式设计的。在此设计之后，量化了达到预定波束成形增益所需的最小 TTD 单元数。2）联合优化法：在该方法中，在实际的最大时延约束下联合优化 PS 和 TTD 单元，以逼近无约束的最优模拟波束成形器。具体而言，提出了一种高效的交替优化算法，其中使用闭式解或低复杂度线性搜索方法交替更新 PS 和 TTD 单元。大量数值结果表明：1）所提出的波束成形方案有效减轻了波束偏斜效应；2）在阵列增益和可达频谱效率方面，联合优化法优于解析法。
引用
@article{arxiv.2404.02811,
title = {Wideband Beamforming for Near-Field Communications with Circular Arrays},
author = {Yunhui Guo and Yang Zhang and Zhaolin Wang and Yuanwei Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.02811},
year = {2024}
}