中文引用格式： 許虎. 基于超大規模MIMO系統的寬帶波束訓練方法研究[J]. 電子技術應用，2026，52(3)：19-24.
英文引用格式： Hu Xu. Research on broadband beam training methods for ultra-large-scale MIMO systems[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(3)：19-24.
引言
隨著第六代移動通信（Sixth Generation，6G）技術的快速發展，超大規模多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）與寬頻帶通信成為支撐高速率、大容量、低時延通信的核心技術[1]。其中，毫米波和太赫茲頻段因具備巨大的可用帶寬，成為實現100 Gb/s乃至Tb/s級傳輸速率的關鍵載體[2-3]。然而，在這些高頻段下，信號傳播損耗顯著，需依賴大規模天線陣列的波束成形技術聚焦能量，以補償路徑損耗。同時，隨著基站（Base Station，BS）天線數量的激增，以及用戶設備與基站距離的縮短，通信場景逐漸從傳統的遠場過渡到近場。此時，電磁波的球面波特性不可忽視，近場波束聚焦需同時考慮距離、俯仰角和方位角的三維信息，傳統遠場僅依賴角度的波束成形方案不再適用[4]。
寬頻帶與大規模天線的結合雖為通信性能提升帶來機遇，卻也引入了近場波束分裂效應[4-5]。在寬帶場景中，由于不同子載波頻率的差異，傳統基于相位移位器的波束成形器會產生頻率無關的相移，導致波束在不同頻率下聚焦于不同位置，形成波束分裂。
針對上述問題，現有研究已進行了初步探索[6-10]。近場窮舉波束訓練方案通過三維碼本遍歷搜索最優波束，但訓練開銷隨天線數量呈指數增長；基于相移器（Phase Shifter,PS）波束成形器的兩階段方案通過波束分裂同時掃描多個區域，卻因無法控制分裂程度，在寬帶場景中存在俯仰角搜索不完全的問題。如何在寬帶近場場景下實現低開銷、高魯棒性的波束訓練，成為大規模MIMO技術落地的關鍵瓶頸。
本文聚焦于配備均勻圓環陣列（Uniform Circular Array ，UCA）的寬帶超大規模MIMO近場通信系統，圍繞波束分裂效應的調控與高效訓練展開研究。首先，證實UCA中近場波束分裂的可控性，其分裂程度可通過時延（Time Delay ,TD）波束成形器的參數調節實現靈活控制。基于此，提出一種基于TD波束成形器的快速寬帶波束訓練方案：利用TD波束成形器生成聚焦于多位置、多頻率的可控分裂波束，通過“方位角搜索-距離與俯仰角搜索”兩階段訓練，在大幅降低開銷的同時實現精準波束對準。
仿真結果表明，所提方案的訓練開銷僅為近場窮舉方案的0.6%、基于PS的兩階段方案的1.9%，且平均可達速率達到完美信道狀態信息（Channel State Information，CSI）性能的96.28%。本研究為寬帶近場超大規模MIMO的高效波束訓練提供了新的技術路徑，對6G高頻段通信的實用化具有重要意義。
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作者信息：
許虎
（中電科思儀科技（安徽）有限公司，安徽 蚌埠 233010）
