博士生陈康建在IEEE JSTSP上发表稀疏阵近场通信论文

2024年6月，课题组的一篇论文“Near-Field Multiuser Communications based on Sparse Arrays”，被信号处理领域旗舰刊物IEEE Journal on Selected Topics in Signal Processing（SCI影响因子：7.5）录用。这项研究为开发高效的近场多用户通信系统提供了新思路。论文的第一作者是博士生陈康建同学，第二作者是陈康建的指导教师戚晨皓教授，第三作者为帝国理工学院Geoffrey Ye Li教授，第四作者为加拿大纽芬兰纪念大学Octavia A. Dobre教授。

近场通信是一项前景广阔的技术，可以显著提高空间分辨率、通信容量和传输安全性。然而，现行的基于半波长间隔均匀阵的近场通信硬件成本很高。为此，课题组提出了一种基于稀疏阵（Sparse Arrays）的近场多用户通信方案。相比现行的半波长间隔均匀阵，稀疏阵能够以更低的硬件成本实现大的阵列口径，从而充分发挥近场通信的优势。

论文首先分析了均匀稀疏阵列在远近混合场中的波束增益特性，发现其相较于半波长间隔均匀阵具有周期波束增益、波束聚焦能力更强以及空间分辨率更高这三大特点。但由于波束增益的周期性，均匀稀疏阵列的波束增益也存在栅瓣，并导致严重的多用户干扰。为此，论文进一步研究了非均匀稀疏阵列，以最大化多用户性能和传输速率为目标，提出了一种基于连续凸逼近的天线位置优化算法。如图1所示，仿真结果表明该非均匀稀疏阵列能够有效抑制均匀稀疏阵列的高栅瓣问题。此外，论文还探讨了稀疏阵列在等效距离-角度域内的信道稀疏特性，并基于此提出了相应的正交匹配追踪和迭代超分辨算法，以估计基站与用户之间的信道。

图1 均匀/非均匀稀疏阵波束增益示意图

如图2所示，仿真结果表明所提方案在支持多用户数量以及和速率指标上，比起现有半波长间隔均匀阵和均匀圆形阵，具有显著优势。论文研究工作为开发高效的近场多用户通信系统、充分发挥近场通信的潜力提供了更多可能。未来课题组将继续深入探索基于稀疏阵列的近场通信技术。

图2 仿真性能对比