清华大学6G超大规模MIMO新突破

IEEE通信学会主办的旗舰会议IEEE GLOBECOM 2023近期召开，来自全球70多个国家和地区的2200多名科学家、研究人员和工业界人士参会。

在本届会议上，清华大学电子工程系博士生吴梓栋、戴凌龙教授共同完成的论文“Delay-Phase Precoding to Alleviate the Beam Defocus Effect for Circular Arrays”（《克服环形阵列波束失焦效应的时相联合调控预编码方法》）荣获会议最佳论文奖（IEEE GLOBECOM 2023 Best Paper Award）。

面向未来6G无线通信Kbps/Hz的频谱效率需求，超大规模天线阵列因可成倍提升频谱效率，被列国际电信联盟（ITU）列为6G候选关键技术之一。相比于现有线性阵列面临大角度波束畸变导致的覆盖能力下降问题，环形阵列可在任何角度生成均一的波束，有望进一步提升波束赋形的增益及无形信号的覆盖能力，成为未来超大规模阵列的重要构型之一。然而，基于经典混合预编码架构的环形阵列仅可实现窄带条件下的最优波束赋形，无法适配实际的宽带通信系统，导致现有方法在宽带通信中面临严重的性能损失。

图：线性阵列波束分裂与环形阵列波束失焦对比

不同于线性阵列在宽带系统中的波束分裂效应，该论文率先揭示了环形阵列在宽带系统中的波束失焦效应，并从理论上分析了大带宽环形阵列在频率域、角度域的波束模式，指出波束失焦效应将导致非中心频点上无法生成高增益波束的特有现象（这与大带宽线性阵列在不同频点上可以生成高增益波束但指向不同角度的波束分裂效应不同），从而定量刻画出波束失焦效应导致的系统性能损失。

进一步，为克服波束失焦效应，该论文利用环形阵列的几何特性，突破经典的混合预编码架构，基于时相二维调控的新型预编码架构，提出了适配宽带通信的环形阵列波束赋形方法，为推动环形阵列在6G无线通信系统中的应用提供了一种可行方案。