This paper investigates wireless communications based on a new antenna array architecture, termed modular extremely large-scale array (XL-array), where an extremely large number of antenna elements are regularly arranged on a common platform in a modular manner. Each module consists of a flexible/moderate number of antenna elements, and different modules are separated with an inter-module spacing that is typically much larger than the inter-element spacing/signal wavelength for ease of deployment. By properly modelling the variations of signal phase, amplitude and projected aperture across different array modules/elements, we develop the new channel model and analyze the signal-to-noise ratio (SNR) performance of the modular XL-array based communications. Under the practical non-uniform spherical wave (NUSW) model, the closed-form expression of the maximum achievable SNR is derived in terms of key geometric parameters, including the total planar array size, module separation distances along each dimension, as well as the user's location in the three-dimensional (3D) space. Besides, the asymptotic SNR scaling laws are revealed as the number of modules along different dimensions goes to infinity. Moreover, we show that our developed near-field modelling and performance analysis include the existing ones for the collocated XL-array, the far-field uniform plane wave (UPW) model, as well as the one-dimensional (1D) modular extremely large-scale uniform linear array (XL-ULA) as special cases. Extensive simulation results are provided to validate our obtained results.


翻译:本文调查基于一个新的天线阵列结构的无线通信,称为模块化极大型阵列(XL-array),该阵列定期在一个共同平台上安排数量极多的天线元素,每个模块由灵活/中数的天线元素组成,不同的模块与模块间间距分离,通常比元素间距/信号波长大得多,以便于部署。通过适当模拟信号阶段、振幅和不同阵列模块/距离的预测孔径的变化,我们开发了新频道模型,并分析了模块XL-阵列基于模块的通信的信号-噪声比(SNRR)。在实用的非统一球波(NUSWWW)模式下,从关键几何参数(包括总平面阵列阵列规模、模块与每个维度的距离以及用户在三个阵列模块(3D)中的位置,我们开发了新的频道模式(SNRS缩放至SNR)的信号-噪音比比比比(SNR) 分析中, 展示了我们当前最远的模块和最远的阵列的阵列模型, 提供了我们最远的阵列的模型。

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