博士生王莹在FITEE期刊发表近场通信纯模拟波束成形论文

2024年10月，课题组的一篇论文“Analog-Only Beamforming for Near-Field Multiuser MIMO Communications”，被SCI期刊Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering（FITEE）录用。FITEE期刊中文名《信息与电子工程前沿（英文）》，现为中国工程院院刊信息与电子工程领域分刊。论文的第一作者是博士生王莹同学，第二作者是王莹的导师戚晨皓教授。

现有的近场多用户通信方案大多基于混合波束成形（Hybrid Beamforming， HBF）架构设计，而HBF通常依赖于高质量的等效信道（Effective Channel）估计以获取用于数字波束成形的信道状态信息（Channel State Information，CSI）。为了简化系统架构并完全消除等效信道估计所需的导频开销，本文提出了一种基于纯模拟波束成形（Analog-Only Beamforming， AoBF）架构的近场多用户通信方案，如下图所示，AoBF相比于HBF省去了数字波束成形，仅包含模拟波束成形。

论文以系统的和速率最大化为目标，在AoBF架构下研究了近场通信中的多用户波束成形问题。论文首先将和速率最大化问题转化为目标用户功率最大化同时非目标用户功率最小化的问题。为了解决这一非凸问题，我们使用波束聚焦（Beam Focusing）和波束零陷（Beam Nulling）进行纯模拟波束成形，并利用MM（Majorization-Minimization）算法优化求解。本文共提出了两种AoBF方案，如下图所示。首先提出了基于完美CSI的AoBF方案，该方案不考虑CSI获取方法的影响，重点关注AoBF替代HBF的可行性。其次提出了基于非完美CSI的AoBF方案，该方案利用近场波束扫描获得的非完美CSI进行近场多用户波束成形，具有更高的实用价值。仿真结果表明，两种AoBF方案的和速率性能可以逼近现有的HBF方案，而在能量效率方面更优于HBF方案。