Benefiting from tens of GHz bandwidth, terahertz (THz) communication is considered to be a promising technology to provide ultra-high speed data rates for future 6G wireless systems. To compensate for the serious propagation attenuation of THz signals, massive multiple-input multiple-output (MIMO) with hybrid precoding can be utilized to generate directional beams with high array gains. However, the standard hybrid precoding architecture based on frequency-independent phase-shifters cannot cope with the beam split effect in THz massive MIMO systems, where the directional beams will split into different physical directions at different subcarrier frequencies. The beam split effect will result in a serious array gain loss across the entire bandwidth, which has not been well investigated in THz massive MIMO systems. In this paper, we first reveal and quantify the seriousness of the beam split effect in THz massive MIMO systems by analyzing the array gain loss it causes. Then, we propose a new precoding architecture called delay-phase precoding (DPP) to mitigate this effect. Specifically, the proposed DPP introduces a time delay network as a new precoding layer between radio-frequency chains and phase-shifters in the standard hybrid precoding architecture. In this way, conventional phase-controlled analog beamforming can be converted into delay-phase controlled analog beamforming. Unlike frequency-independent phase shifts, the time delay network introduced in the DPP can realize frequency-dependent phase shifts, which can be designed to generate frequency-dependent beams towards the target physical direction across the entire THz bandwidth. Due to the joint control of delay and phase, the proposed DPP can significantly relieve the array gain loss caused by the beam split effect. Furthermore, we propose a hardware structure by using true-time-delayers to realize the concept of DPP.


翻译:GHZ 带宽, Thahertz (Thz) 通信从 数十 个 GHz 带宽受益, 被认为是一种很有希望的技术, 可为未来 6G 无线系统提供超高速数据率。 为了弥补THz 信号的大幅传播衰减, 大量多输入多输出(MIMO) 和混合预编码(MIMO) 可用于生成定向束, 并带来高阵列增益。 但是, 以频率独立级变换器为基础的标准混合预编码架构无法应对THz 大规模MIMO系统中的流离差分效应。 在该系统中, 方向波流将分成不同频率, 分解为不同物理频率的频率数据率数据率数据率数据率数据率。 为了减轻这一效果, 光线分解的分解效果将导致整个带宽增减量。 在本文中, 我们首先通过分析THaz 大规模变速变速变速变速的系统, 也可以通过一个叫做延迟变速前变速预变速(DP)的新编程结构, 将D- 变换为新变速变速变换轨道, 方向的DPDPDV 阶段, 变换为DVDV 阶段, 变换为DV 级 级 级 级 级 级 级 变序为DVDVD

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