6G超大规模天线阵列近场通信的波束赋形设计

应用超大规模天线阵列(Extremely Large-scale Antenna Array, ELAA)是未来6G移动通信基站的发展趋势。ELAA的孔径增加使阵列近场区域扩大,原有研究中的远场假设不再成立,对于ELAA近场通信,应该建立正确的近场模型进行研究。基于此,建立了近场球面波信号模型并提出了ELAA近场多用户多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)通信系统模型,通过进行波束赋形设计优化近场通信的可达和速率。为了突出正确近场通信模型的重要性,对比了原有远场平面波假设下的波束赋形设计在近场通信中的性能。此外,考虑到ELAA的硬件开销,设计了相位提取-迫零(Phase Extraction Zero-Forcing, PE-ZF)混合波束赋形方法。结果表明基于近场正确建模的波束赋形设计拥有最佳的和速率,同时提出的PE-ZF混合波束赋形方法拥有良好的性能,验证了ELAA近场通信波束赋形设计的重要性。