Wideband extremely large-scale multiple-input-multiple-output (XL-MIMO) is a promising technique to achieve Tbps data rates in future 6G systems through beamforming and spatial multiplexing. Due to the extensive bandwidth and the huge number of antennas for wideband XL-MIMO, a significant near-field beam split effect will be induced, where beams at different frequencies are focused on different locations. The near-field beam split effect results in a severe array gain loss, so existing works mainly focus on compensating for this loss by utilizing the time delay (TD) beamformer. By contrast, this paper demonstrates that although the near-field beam split effect degrades the array gain, it also provides a new possibility to realize fast near-field beam training. Specifically, we first reveal the mechanism of the near-field controllable beam split effect. This effect indicates that, by dedicatedly designing the delay parameters, a TD beamformer is able to control the degree of the near-field beam split effect, i.e., beams at different frequencies can flexibly occupy the desired location range. Due to the similarity with the dispersion of natural light caused by a prism, this effect is also termed as the near-field rainbow in this paper. Then, taking advantage of the near-field rainbow effect, a fast wideband beam training scheme is proposed. In our scheme, the close form of the beamforming vector is elaborately derived to enable beams at different frequencies to be focused on different desired locations. By this means, the optimal beamforming vector with the largest array gain can be rapidly searched out by generating multiple beams focused on multiple locations simultaneously through only one radio-frequency (RF) chain. Finally, simulation results demonstrate the proposed scheme is able to realize near-optimal nearfield beam training with a very low training overhead.


翻译:宽带 XL- MIMO 是在未来 6G 系统中实现 Tbps 数据率的一个很有希望的技术。 由于宽频 XL- MIMO 的带宽和天天线数量庞大, 将引发一个巨大的近地波束分割效应, 不同频率的波束将集中在不同的地点。 近地波束分割效应导致阵列增产, 因此现有工作主要侧重于通过利用时间延迟( TD) 来补偿这一损失。 相反, 本文显示, 尽管近地波形分割效应会降低阵列的增益, 但也提供了实现快速近地波波波的广度。 具体地说, 我们首先揭示了近地波控波波的波形断裂效应。 这样的效果表明, 通过专门设计延迟培训参数, TD光谱只能控制远地波的深度, 也就是说, 近地波段的离地矢量会降低阵列的多端位数位数, 并且通过近地平面的直径直径直径的直径的直径, 的直径直径直径直径直径直径直径直径直径, 的直径机制可以显示的直径直径, 。

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