适用于准远场和强近场环境下的6G无线系统可重构混合波束成形技术

《Scientific Reports》：Reconfigurable hybrid beamforming for 6G wireless systems across quasi-far-field and strong near-field regimes

　　

摘要

随着向第六代（6G）无线系统的发展，需要重新思考波束成形设计，因为在太赫兹频段且天线口径较大时，远场与近场传播之间的差异几乎消失。本文提出了一种系统化的比较框架，用于评估各种波束成形方法，包括全数字预编码、全连接及部分连接的时延阵列和相移器阵列、延时相位预编码，以及基于可重构智能表面技术的波束成形。我们从频谱效率、能效以及两种传播环境下的可扩展性等方面对这些方法的性能进行了评估。研究结果表明，性能优劣很大程度上取决于工作环境。我们的研究发现，性能提升的幅度与工作环境密切相关。在所有场景中，全数字预编码都能实现最高的频谱效率；不过，相较于其他实际应用架构，其优势从近场窄带情况下的约\(16\%\)下降到准远场宽带情况下的约\(4\%\)。而基于可重构智能表面技术的波束成形则在能效方面表现优异，其效率比次优方案高出高达\(43.6\%\)。此外，可扩展性也因工作环境而异：在准远场环境中呈线性提升，而在强近场环境中则会有显著的非线性提升。这些研究结果可为开发高效且具备良好可扩展性的6G系统提供参考。