中文引用格式： 许虎. 基于超大规模MIMO系统的宽带波束训练方法研究[J]. 电子技术应用，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
随着第六代移动通信（Sixth Generation，6G）技术的快速发展，超大规模多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）与宽频带通信成为支撑高速率、大容量、低时延通信的核心技术[1]。其中，毫米波和太赫兹频段因具备巨大的可用带宽，成为实现100 Gb/s乃至Tb/s级传输速率的关键载体[2-3]。然而，在这些高频段下，信号传播损耗显著，需依赖大规模天线阵列的波束成形技术聚焦能量，以补偿路径损耗。同时，随着基站（Base Station，BS）天线数量的激增，以及用户设备与基站距离的缩短，通信场景逐渐从传统的远场过渡到近场。此时，电磁波的球面波特性不可忽视，近场波束聚焦需同时考虑距离、俯仰角和方位角的三维信息，传统远场仅依赖角度的波束成形方案不再适用[4]。
宽频带与大规模天线的结合虽为通信性能提升带来机遇，却也引入了近场波束分裂效应[4-5]。在宽带场景中，由于不同子载波频率的差异，传统基于相位移位器的波束成形器会产生频率无关的相移，导致波束在不同频率下聚焦于不同位置，形成波束分裂。
针对上述问题，现有研究已进行了初步探索[6-10]。近场穷举波束训练方案通过三维码本遍历搜索最优波束，但训练开销随天线数量呈指数增长；基于相移器（Phase Shifter,PS）波束成形器的两阶段方案通过波束分裂同时扫描多个区域，却因无法控制分裂程度，在宽带场景中存在俯仰角搜索不完全的问题。如何在宽带近场场景下实现低开销、高鲁棒性的波束训练，成为大规模MIMO技术落地的关键瓶颈。
本文聚焦于配备均匀圆环阵列（Uniform Circular Array ，UCA）的宽带超大规模MIMO近场通信系统，围绕波束分裂效应的调控与高效训练展开研究。首先，证实UCA中近场波束分裂的可控性，其分裂程度可通过时延（Time Delay ,TD）波束成形器的参数调节实现灵活控制。基于此，提出一种基于TD波束成形器的快速宽带波束训练方案：利用TD波束成形器生成聚焦于多位置、多频率的可控分裂波束，通过“方位角搜索-距离与俯仰角搜索”两阶段训练，在大幅降低开销的同时实现精准波束对准。
仿真结果表明，所提方案的训练开销仅为近场穷举方案的0.6%、基于PS的两阶段方案的1.9%，且平均可达速率达到完美信道状态信息（Channel State Information，CSI）性能的96.28%。本研究为宽带近场超大规模MIMO的高效波束训练提供了新的技术路径，对6G高频段通信的实用化具有重要意义。
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作者信息：
许虎
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