Modern MIMO communication systems are almost exclusively designed under the assumption of locally plane wavefronts over antenna arrays. This is known as the far-field approximation and is soundly justified at sub-6-GHz frequencies at most relevant transmission ranges. However, when higher frequencies and shorter transmission ranges are used, the wave curvature over the array is no longer negligible, and arrays operate in the so-called radiative near-field region. This letter aims to show that the classical far-field approximation may significantly underestimate the achievable spectral efficiency of multi-user MIMO communications operating in the 30-GHz bands and above, even at ranges beyond the Fraunhofer distance. For planar arrays with typical sizes, we show that computing combining schemes based on the far-field model significantly reduces the channel gain and spatial multiplexing capability. When the radiative near-field model is used, interference rejection schemes, such as the optimal minimum mean-square-error combiner, appear to be very promising, when combined with electrically large arrays, to meet the stringent requirements of next-generation networks.


翻译:现代MIMO通信系统几乎完全是在天线阵列上当地平面波浪前沿假设下设计的,这被称为远地点近似,在最相关的传输范围中,亚六千兆赫频率完全合理。然而,在使用高频率和较短的传输范围时,阵列的波曲线不再是微不足道的,阵列在所谓的近场辐射区域运作。本信的目的是表明传统远地点近似可能大大低估30千兆赫和以上30千兆赫频带多用户MIMO通信可实现的光谱效率,即使是在Fraunhofer距离以外的距离上。对于典型规模的平面阵列,我们表明基于远地模型的组合计划会大大降低频道的增益和空间多氧化能力。在使用辐射近场模型时,干扰拒绝方案,例如最优的中值平方电阵列组合器等,如果与电量较大的阵列相结合,似乎非常有希望满足下一代网络的严格要求。</s>

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