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