Wireless communications and sensing at terahertz (THz) band are increasingly investigated as promising short-range technologies because of the availability of high operational bandwidth at THz. In order to address the extremely high attenuation at THz, ultra-massive multiple-input multiple-output (MIMO) antenna systems have been proposed for THz communications to compensate propagation losses. However, the cost and power associated with fully digital beamformers of these huge antenna arrays are prohibitive. In this paper, we develop wideband hybrid beamformers based on both model-based and model-free techniques for a new group-of-subarrays (GoSA) ultra-massive MIMO structure in low-THz band. Further, driven by the recent developments to save the spectrum, we propose beamformers for a joint ultra-massive MIMO radar-communications system, wherein the base station serves multi-antenna user equipment (RX), and tracks radar targets by generating multiple beams toward both RX and the targets. We formulate the GoSA beamformer design as an optimization problem to provide a trade-off between the unconstrained communications beamformers and the desired radar beamformers. To mitigate the beam split effect at THz band arising from frequency-independent analog beamformers, we propose a phase correction technique to align the beams of multiple subcarriers toward a single physical direction. To further decrease the ultra-massive MIMO computational complexity and enhance robustness, we also implement deep learning solutions to the proposed model-based hybrid beamformers. Numerical experiments demonstrate that both techniques outperform the conventional approaches in terms of spectral efficiency and radar beampatterns, as well as exhibiting less hardware cost and computation time.


翻译:在Thahertz (Thz) 频段的无线通信和感知日益被调查为有希望的短程技术,因为Thaz 拥有高操作带宽。为了解决Thz超超大成份多输出(MIMO)天线系统极高衰减问题,已经提议为Thz 通信提供超大成份多输出(MIMO)天线系统,以弥补传播损失。然而,与这些巨大的天线阵列完全数字信号相联的完全数字信号光谱仪相关的成本和动力却令人望而却步。在本文中,我们根据基于模型和无模型的技术开发宽频混合组合,为一个新的反转组提供超大成份MIMO结构结构结构。此外,由于最近的事态发展,为保存频谱的超大成份多成份输出(MIMO)天线阵列阵列(RX),并且通过生成多光谱和目标来跟踪雷达目标。我们把GoSA 正在形成的超成份深度设计,作为最接近的机组的极地平流技术,在最短的轨道上, 变变的极变的计算变变变变变变的变的计算, 变换换成为我们变的货币变的货币变的货币变的变现的变现的变的货币, 变的货币变现的变现的变现变的变的变的变的变的变的变现变的变的变的变的货币, 。

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