Phased arrays, commonly used in IEEE 802.11ad and 5G radios, are capable of focusing radio frequency signals in a specific direction or a spatial region. Beamforming achieves such directional or spatial concentration of signals and enables phased array-based radios to achieve high data rates. Designing beams for millimeter wave and terahertz communication using massive phased arrays, however, is challenging due to hardware constraints and the wide bandwidth in these systems. For example, beams which are optimal at the center frequency may perform poor in wideband communication systems where the radio frequencies differ substantially from the center frequency. The poor performance in such systems is due to differences in the optimal beamformers corresponding to distinct radio frequencies within the wide bandwidth. Such a mismatch leads to a misfocus effect in near field systems and the beam squint effect in far field systems. In this paper, we investigate the misfocus effect and propose InFocus, a low complexity technique to construct beams that are well suited for massive wideband phased arrays. The beams are constructed using a carefully designed frequency modulated waveform in the spatial dimension. For the special case of beamforming along the boresight of an array, this waveform is analogous to the frequency modulated continuous wave (FMCW) chirp signal in radar. InFocus mitigates beam misfocus and beam squint when applied to near field and far field systems. Simulation results indicate that InFocus enables massive wideband phased array-based radios to achieve higher data rates than comparable beamforming solutions.


翻译:在IEEE 802.11ad 和 5G 无线电中常用的分阶段阵列能够将无线电频率信号集中在特定方向或空间区域。 光学成型能够实现信号的定向或空间集中, 并使基于阵列的分阶段无线电能够达到高数据率。 但是, 使用大规模分阶段阵列为毫米波和地铁通信设计光束具有挑战性, 因为硬件限制和这些系统中宽带宽带宽。 例如, 在中心频率最优的波束在宽带通信系统中可能表现较差, 因为无线电频率与中心频率相差甚远。 这种系统的性能不好是因为与宽带内不同无线电频率相对应的最优的光束有差异。 这种不匹配导致在近场系统产生偏差效果,而远场系统则产生波形效应。 在本文中, 我们调查偏差效应, 并提议一种适合大型宽频带分阶段阵列阵列的低复杂度技术。 这些波束的构造是使用精心设计的频率调整的远方位阵列的频率调整结果, 在远地平面的阵列的阵列中, 直径调的阵列的阵列的阵列的阵列的阵列将显示, 方向的阵列的阵列的阵列的阵列的阵列的阵列的阵列的阵列的阵列的阵列的阵列将显示为直成为直的阵列, 。

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