低精度移相器研究突破,助力6G近场通信能效提升

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南方科技大学电子与电气工程系游昌盛助理教授团队在近场通信关键组件研究中取得新进展。该团队提出了一种基于傅里叶级数展开的创新方法,有效应对了低分辨率移相器在近场通信应用中带来的技术难题。相关论文已发表于国际权威期刊《IEEE 无线通信汇刊》。

作为6G无线通信中的一项前沿技术,超大规模天线阵列推动了近场通信的发展。与远场通信采用的平面波模型不同,近场通信以球面波为模型,能够将能量更精确地聚焦于特定位置,而不仅限于特定方向。这一特性为多用户空间复用和高精度定位等应用开辟了新途径。

然而,天线数量的大幅增加也带来了高功耗和高成本的问题,尤其在采用高精度移相器的混合波束成形架构中更为突出。使用低分辨率移相器成为提高能效和可行性的重要方向,但其引入的相位量化效应,也为近场波束成形分析带来了新的困难,离散调控是否会影响波束聚焦效果尚不明确。

针对这一挑战,研究团队借助傅里叶级数展开,将复杂的波束图转换为更易于数学处理的形式,从而系统阐释了离散移相对波束性能的影响。他们发现,低分辨率移相器虽会引入额外栅瓣,可能造成多用户间干扰,但主瓣仍保持良好的聚焦能力,且随着分辨率提高,功率性能可进一步改善。研究还识别出两类不同性质的栅瓣:一类具有波束聚焦特性,另一类则呈现定向辐射特征。

数值仿真结果表明,即使采用3比特的低分辨率移相器,系统仍可实现与高精度连续移相器相近的波束成形效果和通信速率,同时显著降低了能耗。

该研究不仅为低精度硬件条件下的波束行为分析提供了理论工具,也为未来6G近场通信系统的实际部署提供了重要技术依据。

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