Extremely large-scale MIMO (XL-MIMO) is a promising technique for future 6G communications. The sharp increase of the number of antennas causes the electromagnetic propagation to change from far-field to near-field. Due to the near-field effect, the exhaustive near-field beam training at all angles and distances involves very high overhead. The improved fast near-field beam training scheme based on time-delay beamforming can significantly reduce the overhead, but it suffers from very high hardware cost and energy consumption caused by extra time-delay circuits. In this paper, we propose a near-field two dimension (2D) hierarchical beam training scheme to reduce the overhead without extra hardware circuits. Specifically, we first formulate the near-field codeword design problem for any required high or low resolutions with different angle and distance coverages. Next, we propose a Gerchberg-Saxton (GS)-based algorithm to obtain the unconstrained codeword by considering the ideal fully digital architecture. Based on the unconstrained codeword, an iterative optimization algorithm is then proposed to acquire the practical codeword by considering the more practical hybrid digital-analog architecture. Finally, with the help of the practical multi-resolution codebooks, we propose a near-field 2D hierarchical beam training scheme to significantly reduce the training overhead, which is verified by extensive simulation results.


翻译:极大规模MIMO(XL-MIMO)是未来6G通信的极大型技术。天线数量的急剧增加导致电磁传播从远地转向近地。由于近地效应,所有角度和距离的全方位近地波束培训涉及很高的管理费。基于时间跨光束改进的快速近地波束培训计划可以大大减少管理费,但会因额外时间跨电路造成的硬件成本和能量消耗非常高而受到影响。在本文件中,我们提议了近地两级(2D)级波束培训计划,以减少从远地到近地的电磁波。具体地说,我们首先为具有不同角度和距离范围的任何所需的高或低分辨率设计近地波束设计近地标码设计问题。接下来,我们提出基于格赫奇伯格-萨克斯顿(GS)的算法,以通过考虑理想的完全数字结构来获得不受限制的代码。根据未受限制的编码,然后提议一种迭接合式的调控算法,然后提出一种通过考虑更实际的高级的高级数字级培训计划来获得实用的代码。我们提出的高实际的二级数字级培训计划。最后,我们建议是用一个实际的模拟的模拟的模拟的数码化结构。

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