Near-field adaptive beam pointing in 6G vehicle to vehicle connectivity

6G wireless technologies are expected to deliver high data rates, low latency, and high reliability. Vehicle-to-vehicle (V2V) communication is one of the use cases of 6G that is envisioned to enable safe and efficient autonomous driving by ensuring real-time exchange of sensor data and control signals. High frequencies above 6 GHz up to THz and Extremely Large Antenna Arrays (ELAAs) are the driving trends of 6G that expand the near-field region of the antenna. Operating in the near-field enables focusing of the signals into a spatial location, increasing the spectral efficiency but also challenging conventional beamforming techniques. This thesis focuses on the beam pointing problem in highly dynamic vehicular scenarios of V2V communication. Furthermore, this work has considered an optimization of the arrangement of a real modular antenna array and the hardware friendly phase linearization method. A zigzag arrangement that does not produce grating lobes in the horizontal plane has been proposed as a result of optimization efforts. An adaptive beam pointing method that exploits the fact that the antenna arrays are larger than the beam size has been proposed. The algorithm estimates the position of the beam in the plane of the antenna array by computing the received power across the array and then adaptively adjusting the beam pointing by exchanging the mispointing error between vehicles. The simulation of the V2V scenario with two moving vehicles over a curved trajectory shows that the adaptive beam pointing method keeps the beams close to the centers of the arrays with pointing error less than 2 cm.

Si prevede che le tecnologie wireless 6G forniscano elevate velocità di trasmissione dati, bassa latenza ed elevata affidabilità. La comunicazione veicolo-veicolo (V2V) è uno dei casi d'uso del 6G, concepito per consentire una guida autonoma sicura ed efficiente, garantendo lo scambio in tempo reale di dati dei sensori e segnali di controllo. Le alte frequenze, comprese tra 6 GHz e THz, e gli Extremely Large Antenna Array (ELAA) sono le tendenze trainanti del 6G, che espandono la regione di campo vicino dell'antenna. Operare nel campo vicino consente di focalizzare i segnali in una posizione spaziale, aumentando l'efficienza spettrale ma anche mettendo alla prova le tecniche di beamforming convenzionali. Questa tesi si concentra sul problema del puntamento del fascio in scenari veicolari altamente dinamici di comunicazione V2V. Inoltre, questo lavoro ha considerato l'ottimizzazione della disposizione di un array di antenne modulari reali e il metodo di linearizzazione di fase hardware-friendly. Come risultato degli sforzi di ottimizzazione, è stata proposta una disposizione a zigzag che non produce lobi reticolari sul piano orizzontale. È stato proposto un metodo di puntamento adattivo del fascio che sfrutta il fatto che gli array di antenne sono più grandi delle dimensioni del fascio. L'algoritmo stima la posizione del fascio nel piano dell'array di antenne calcolando la potenza ricevuta attraverso l'array e quindi regolando in modo adattivo il puntamento del fascio scambiando l'errore di puntamento tra i veicoli. La simulazione dello scenario V2V con due veicoli in movimento su una traiettoria curva mostra che il metodo di puntamento adattivo del fascio mantiene i fasci vicini al centro degli array con un errore di puntamento inferiore a 2 cm.