统一近场与远场无线通信的新范式

《IEEE Network》：New Paradigm for Unified Near-Field and Far-Field Wireless Communications

提出一种新型6G MIMO码本，统一远场与近场场景的波束赋形需求，解决现有码本不支持近场用户共存的问题。该码本通过球面波建模与DFT矢量融合实现自适应 steer vector生成，无需基站识别用户场区，符合3GPP标准流程和参考信号规范。仿真验证其比传统码本提升12.3%频谱效率，降低28.6%计算复杂度，为6G异构场景MIMO提供有效解决方案。

　　

摘要：

目前第五代（5G）无线通信中的Type I和Type II码本在支持远场和近场用户设备（UE）共存方面存在局限性，因为它们是专门为远场场景设计的。为填补这一知识空白并鼓励第三代合作伙伴项目（3GPP）提出相关方案，本文提出了一种新型码本，以实现远场和近场场景的统一处理。该码本能够为所有用户设备提供高效的预编码，同时无需基站判断特定用户设备是处于近场还是远场区域。此外，所提出的码本还符合当前3GPP关于工作流程和参考信号的标准。仿真结果表明，该码本在第六代（6G）多输入多输出（MIMO）系统中实现了更优越的性能和更强的灵活性，验证了其在统一近场和远场预编码方面的有效性。

引言

近年来，第六代（6G）无线通信技术取得了显著进展[1]、[2]。6G的特点是采用了更高的频段（频率范围1和频率范围2），以及超大尺度多输入多输出（XL-MIMO）技术所使用的更大天线孔径，这使得未来的6G无线系统能够拥有丰富的频谱资源，并将频谱效率提高十倍[3]。然而，这些进展也带来了电磁波传播方式的根本性变化，尤其是近场效应的出现[2]。这一现象的核心在于远场和近场区域的区分，这种区分基于瑞利距离，瑞利距离与天线孔径和载波频率都有关[2]。瑞利距离之外的区域属于远场区域，在该区域内电磁波通常可以近似为平面波。在远场区域，波束指向仅取决于传播方向，且可以通过离散傅里叶变换（DFT）向量方便地表示。相比之下，近场区域位于瑞利距离之内，在此区域内平面波前假设不再成立，需要采用球面波模型。因此，波束指向同时受到传播方向和距离的影响，为近场区域的处理带来了新的挑战。这种双区域动态标志着6G MIMO设计的范式转变，需要新的模型和方法。