A Tutorial on Near-Field XL-MIMO Communications Towards 6G【论文阅读笔记】

此系列是本人阅读论文过程中的简单笔记,比较随意且具有严重的偏向性(偏向自己研究方向和感兴趣的),随缘分享,共同进步~

论文主要内容:

  1. 建立XL-MIMO模型,考虑NUSW信道和非平稳性;

  2. 基于近场信道模型,分析性能(SNR scaling laws,波束聚焦、速率、DoF)

  3. XL-MIMO设计问题:信道估计、波束码本、波束训练、DAM

XL-MIMO信道特性变化:

  1. UPW ➡ NUSW
  2. 空间平稳-->空间非平稳(可视区域)
  3. 耦合现象+极化差异
  • 远场UPW模型,所有阵元经历相同的信号幅度和AoA。此外,阵列响应向量仅与θ有关,阵元间的相位变化与天线指数m呈线性关系。

  • 通常情况下,相邻阵元之间采用半波长间隔,以规避阵元间互耦的影响,从而获得空间分集增益。

  • 信道模型的增益和相位信息都依赖距离,远场中是进行了三种近似。ULA再近似简化。

  • 作为分离近场和远场区域的经典准则,瑞利距离对应于最小链路距离,因此,如果使用阵列接收,通过假设正入射,阵元间接收信号的最大相位差不大于π / 8。瑞利距离只考虑了阵元间的相位变化,而忽略了幅度变化。

  • 近场阵列响应向量建模涉及近场相位和幅度建模。细致四分:UPW、NUPW、USW、NUSW ,文中提出可简化三分:UPW、USW、NUSW。近场近场信道建模后分析Los/多径XL-MIMO模型。

  • 随着阵列规模的显著增加,空间非平稳性在整个阵列中出现,即阵列的不同部分可能经历不同的传播环境,如簇集和/或障碍物。因此,VR可以用来表征这种空间非平稳性。

  • 信道模型:LoS、多径、基于空间相关性、UPA、模块化XL-MIMO

XL-MIMO类别:

  • 离散(本文)与连续孔径XL-MIMO(全息MIMO)(根据实现方式划分)

  • 排列(部署问题)、稀疏(部署+栅瓣问题)、模块化(部署+栅瓣问题)和分布式XL-MIMO(大区域+同步/信息交互)(根据阵元间距不同划分)

XL-MIMO的性能分析

  • Scaling laws描述了模型尺寸与其能力的关系。

  • 在无线通信中,DoF,也称为空间复用增益 ,被定义为容量对SNR的渐近斜率。一般来说,DoF被用来表示信道可以同时支持的独立数据流的数目,较大的DoF可以获得较高的系统容量性能。对于传统的基于UPW信道建模的大规模MIMO通信,DoF受限于信道路径的数量,而LoS场景下只有一条路径。然而,在近场XL - MIMO通信中,得益于同时具有角度和距离分辨能力的NUSW特性,可以获得优越的DoF性能。

  • 基于码本的近场波束训练方法,其目的是选择最佳波束,以便在BS和用户之间建立高质量的链路,而不需要显式的CSI。信道估计,目的是获得完整的信道矩阵,这有利于实现进一步的信号处理设计和性能分析。

未来方向

  1. 多小区近场XL-MIMO通信(小区间干扰、导频污染)

  2. 多路径近场波束训练与波束跟踪

  3. 采用XL-MIMO实现近场主被动混合通信(RIS)

  4. 近场ISAC与XL-MIMO

疑问:

  • 模块化XL-MIMO和不改变距离的子阵列划分方案的异同?

  • 稀疏转换矩阵和波束码本异曲同工?

注:

有序标号1. 2. 3. 一般为章节目录/主要内容;无序标号 · 一般为个人主观意愿(想要记录的);水平有限,难免有误,敬请指正!

原文链接

END

2024年9月2日20点09分

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