无人机毫米波MIMO系统中透镜波束预编码技术探索

"无人机辅助多用户毫米波MIMO系统的透镜波束预编码技术研究" 本文主要探讨了无人机（UAV）在多输入多输出（MIMO）无线通信网络中的应用，特别是在毫米波（mmWave）频段下的通信技术。随着UAV在军事和民用领域的广泛应用，其作为空中基站的角色日益凸显，能够提供灵活的部署，以应对紧急情况，增强地面终端（GT）的无线通信容量。mmWave频段由于其短波长特性，使得在UAV上安装大量天线阵列成为可能，从而实现高数据速率和广覆盖范围。 然而，传统的UAV辅助通信系统依赖全数字预编码结构进行波束赋形，这带来了高昂的硬件成本，限制了其实用性。为解决这一问题，研究者们提出了一系列低成本波束赋形技术，包括负载控制寄生天线阵列、波束选择以及模拟/数字预编码混合设计。其中，离散透镜阵列（DLA）作为一种新颖的波束空间MIMO方案，利用透镜天线阵列（LAA）实现模拟空间波束形成，降低了射频链的硬件成本。DLA通过利用毫米波信道的稀疏性设计波束选择器，集中波束能量，减少所需的射频链数目。 尽管如此，现有的波束选择策略，如最大幅值预编码或改进的干扰感知预编码，主要针对地面通信，未充分考虑复杂无线环境的影响。因此，研究适用于UAV的快速响应突发事件的波束空间预编码技术显得至关重要。一些学者提出了混合波束赋形方案，但这种方法往往需要较多射频链和移相器，增加了能耗和硬件成本，且优化问题更为复杂。 文献中提到了一种利用透镜聚焦能力的模拟/数字混合收发器结构，如图1所示，该结构结合了DLA用于mmWave MIMO通信系统。文献[8]引入了径分多路模式，而文献[12]则进一步探索了径分多路接入策略以提高传输效率，但这可能导致用户间的干扰。文献[13]提出了一种干涉感知波束选择方案来减少这种干扰，而文献[14]则利用LAA的结构研究了mmWave波束空间MIMO系统的压缩信道估计，以适应更复杂的通信环境。 无人机辅助的毫米波MIMO通信系统通过透镜波束预编码技术，旨在降低成本、提高效率并应对多样化无线环境挑战，是未来无线通信领域的重要研究方向。