The use of larger antenna arrays at higher frequency bands is envisioned in the beyond 5G networks. This takes advantage of the near-field propagation regime where the wavefront is no longer plane but spherical, bringing both new opportunities and challenges for the high-precision positioning. In this paper, a generic near-field positioning model with different observation capabilities for three electric fields (vector, scalar and overall scalar electric field) is proposed. For these three electric field types, the Cram\'er-Rao bound (CRB) is adopted to evaluate the achievable estimation accuracy. The expressions of the CRBs using different electric field observations are derived by combining electromagnetic theory with estimation theory. Closed-form expressions can be further obtained if the terminal is located on the central perpendicular line (CPL) of the receiving antenna surface. In addition, the above discussions are extended to the system with multiple distributed receiving antennas under the CPL assumption. The CRBs using various electric fields in this case are derived and the effect of different numbers of receiving antennas on estimation accuracy is investigated. Numerical results are provided to quantify the CRBs and validate the analytical results. Also, the impact of various system parameters, including different electric fields and multiple antennas, on the near-field positioning performance is evaluated.


翻译:在5G网络之外,设想在高频波段使用较大的天线阵列,这利用了近地传播系统,即波头不再是平面,而是球形的,为高精度定位带来了新的机会和挑战;在本文件中,提议为三个电场(摄氏体、scalar和总体弧电场)建立一个通用近地定位模型,具有不同的观测能力;对于这三种电场类型,将采用Cram\'er-Rao绑定(CRB)来评估可实现的估计准确性;利用电磁理论与估计理论相结合,得出了不同电场观测的CRB的表达方式;如果终端位于接收天线表面的中央孔线(CPL)上,则可以进一步获得封闭式表达方式;此外,上述讨论扩大到三个电线场(摄氏度假设下多个分布式接收天线的系统);对本案中各种电场进行了计算,对接收天线的不同数目对估计准确性的影响进行了调查;对数字结果进行了定量,以量化CRBBS的近端点,并验证了各种天线的大小。

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