For the demonstration of ultra-wideband bandwidth and pencil-beamforming, the terahertz (THz)-band has been envisioned as one of the key enabling technologies for the sixth generation networks. However, the acquisition of the THz channel entails several unique challenges such as severe path loss and beam-split. Prior works usually employ ultra-massive arrays and additional hardware components comprised of time-delayers to compensate for these loses. In order to provide a cost-effective solution, this paper introduces a sparse-Bayesian-learning (SBL) technique for joint channel and beam-split estimation. Specifically, we first model the beam-split as an array perturbation inspired from array signal processing. Next, a low-complexity approach is developed by exploiting the line-of-sight-dominant feature of THz channel to reduce the computational complexity involved in the proposed SBL technique for channel estimation (SBCE). Additionally, based on federated-learning, we implement a model-free technique to the proposed model-based SBCE solution. Further to that, we examine the near-field considerations of THz channel, and introduce the range-dependent near-field beam-split. The theoretical performance bounds, i.e., Cram\'er-Rao lower bounds, are derived both for near- and far-field parameters, e.g., user directions, beam-split and ranges. Numerical simulations demonstrate that SBCE outperforms the existing approaches and exhibits lower hardware cost.


翻译:为了展示超宽带带宽和笔形波束成形,太赫兹(THz)波段被视为第六代网络的关键启用技术之一。然而,THz通道的获得涉及到几个独特的挑战,例如严重的路径损耗和波束分割。先前的工作通常使用超大规模阵列和包括时延器的附加硬件组件来补偿这些损失。为了提供一种经济有效的解决方案,本文引入了一种稀疏贝叶斯学习(SBL)技术,用于联合通道和波束分割估计。具体来说,我们首先将波束分割建模为受阵列信号处理启发的阵列微扰。接下来,我们利用THz通道的直射特征来降低所提出的通道估计(SBCE)方法的计算复杂性以开发低复杂度的方法。此外,基于联合学习,我们实现了一种无模型技术,用于所提出的基于模型的SBCE解决方案。除此之外,我们还研究了THz通道的近场特性,并引入了距离相关的近场波束分割。我们推导了理论性能限制,即Cram\'er-Rao下限,对近场和远场参数进行了同时推导,例如用户方向、波束分割和距离。数值仿真表明,SBCE优于现有方法,并具有更低的硬件成本。

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