{rfName}
Bu

Llicència i ús

Icono OpenAccess

Altmetrics

Anàlisi d'autories institucional

Monserrat, JfAutor o coautor

Compartir

22 dedesembre de 2025
Publicacions
>
Article

Butler-Matrix Beamspace Front-Ends for Massive MIMO: Architecture, Loss Budget, and Capacity Impact

Publicat a: SENSORS. 25 (23): 7170- - 2025-11-24 25(23), DOI: 10.3390/s25237170

Autors:

Vico, Felipe; Monserrat, Jose F; Ge, Yiqun
[+]

Afiliacions

Huawei Technol Co Ltd - Autor o coautor
Univ Politecn Valencia UPV, iTEAM - Autor o coautor

Resum

Massive Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) systems with hundreds or thousands of antenna elements are fundamental to next-generation wireless networks, promising unprecedented spectral efficiency through spatial multiplexing and beamforming. However, the computational burden of channel state information (CSI) acquisition and processing scales dramatically with array size, creating a critical bottleneck for practical deployments. While previous works demonstrated that Fast Fourier Transform (FFT)-based beamspace processing can exploit the inherent angular sparsity of wireless channels to compress CSI feedback, the digital implementation requires intensive computations that become prohibitive for ultra-large arrays. This paper presents an analog alternative using Butler matrices-passive beamforming networks that realize the Discrete Fourier Transform in hardware-combined with RF switching circuits to select only dominant angular components. We provide a comprehensive analysis of Butler matrix architectures for arrays up to 32 x 32 elements, characterizing insertion losses across different technologies (microstrip, substrate-integrated waveguide, and waveguide) and operating frequencies (10-30 GHz). The proposed system incorporates parallel power sensing with Winner-Take-All circuits for sub-microsecond beam selection, drastically reducing the number of active RF chains. Full-wave simulations and capacity evaluations at 12 and 30 GHz demonstrate that the Butler-based approach achieves comparable performance to FFT methods while offering significant advantages in power consumption and processing latency. For a 256 x 256 array, FFT computation requires 0.36 ms compared to near-instantaneous analog processing, making Butler matrices particularly attractive for real-time massive MIMO systems. These findings establish Butler matrix front-ends as a practical pathway toward scalable, energy-efficient beamspace processing in 6G networks.
[+]

Paraules clau

5g6gAdolescentAntennaArray processingArticleBandBeam spaceBeamformingBeamforming networkBeamspaceBudgetBudget controlButler matricesButler matrixCapacityChannel capacityChannel estimationChannel state informationChannel state information feedbacksCommunication channels (information theory)Csi feedbackDigital transformationDiscrete fourier transformFast fourier transformsFeedback controlHigh-speedHumanInsertion lossInsertion lossesLatent periodMassive mimoMassive multiple-input multiple-outputMatrix algebraMimo systemsMultiple inputsMultiple outputsNetworksNext generation networksSelectionSimulationSubstrate integrated waveguidesSwitching matrixTake-all circuitWinnerWinner-take-allWinner-takes-allWta

Indicis de qualitat

Impacte bibliomètric. Anàlisi de la contribució i canal de difusió

El treball ha estat publicat a la revista SENSORS a causa de la seva progressió i el bon impacte que ha aconseguit en els últims anys, segons l'agència Scopus (SJR), s'ha convertit en una referència en el seu camp. A l'any de publicació del treball, 2025, es trobava a la posició , aconseguint així situar-se com a revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoria Instrumentation.

[+]

Impacte i visibilitat social

Des de la dimensió d'influència o adopció social, i prenent com a base les mètriques associades a les mencions i interaccions proporcionades per agències especialitzades en el càlcul de les denominades "Mètriques Alternatives o Socials", podem destacar a data 2026-04-07:

  • L'ús d'aquesta aportació en marcadors, bifurcacions de codi, afegits a llistes de favorits per a una lectura recurrent, així com visualitzacions generals, indica que algú està fent servir la publicació com a base del seu treball actual. Això pot ser un indicador destacat de futures cites més formals i acadèmiques. Aquesta afirmació està avalada pel resultat de l'indicador "Capture", que aporta un total de: 2 (PlumX).

Amb una intenció més de divulgació i orientada a audiències més generals, podem observar altres puntuacions més globals com:

    És fonamental presentar evidències que recolzin l'alineació plena amb els principis i directrius institucionals sobre Ciència Oberta i la Conservació i Difusió del Patrimoni Intel·lectual. Un clar exemple d'això és:

    • El treball s'ha enviat a una revista la política editorial de la qual permet la publicació en obert Open Access.
    [+]

    Anàlisi del lideratge dels autors institucionals

    Aquest treball s'ha realitzat amb col·laboració internacional, concretament amb investigadors de: China.

    Hi ha un lideratge significatiu, ja que alguns dels autors pertanyents a la institució apareixen com a primer o últim signant, es pot apreciar en el detall: Primer Autor (Vico, F) .

    l'autor responsable d'establir les tasques de correspondència ha estat Vico, F.

    [+]