面向毫米波ISAC系统的PA特性感知混合波束成形框架

《IEEE Journal of Microwaves》：PA-Aware Partially-Connected Hybrid Beamforming Design for Wideband Integrated Sensing and Communication

　　摘要：在毫米波（mmWave）频谱下运行的集成感知与通信（ISAC）系统严重依赖于混合波束成形（HBF）架构，以实现硬件实现复杂度与波束成形灵活性之间的有效折衷。然而，功率放大器（PA）的非线性行为可能会严重降低系统性能，特别是在宽带正交频分复用（OFDM）传输中，高峰值平均功率比和频率相关的PA响应会引入额外的失真。大多数现有的HBF设计要么通过预失真技术补偿非线性失真，要么仅施加简单的发射功率约束，而这些方法均未能明确调节PA的工作区域。本文提出了一种感知PA特性的混合波束成形框架，将PA特性显式地纳入预编码器设计中。引入了一种由OFDM输入功率统计分布导出的软工作区域约束，以调节每条射频链的激励水平。该约束在功率效率与线性度之间实现了最优折衷，同时缓解了因压缩效应引起的过度失真。此外，还开发了一种轻量级的频域补偿机制，以减轻宽带传输中的频率选择性幅度失真。所提出的框架完全在数字预编码域内运行，因此无需对射频硬件进行额外修改。通过使用参数化PA模型和基于实测的PA特性进行系统级仿真，验证了该框架的有效性，表明其在真实硬件条件下具有稳健的失真感知性能。