On Low-Resolution ADCs in Practical 5G Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
如今，毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）系统是第五代（5G）蜂窝系统的有利候选。然而，一个关键的挑战是其众多射频（RF）链带来的高功耗，这可以通过选择低分辨率模数转换器（ADC）来缓解，同时容忍适度的性能损失。在这篇文章中，我们讨论了几个重要问题的基础上，毫米波大规模MIMO系统的最新研究依赖于低分辨率ADC。我们讨论了收发器设计的关键挑战，包括信道估计，信号检测器，信道信息反馈和发送预编码。此外，我们还介绍了一种混合ADC架构，作为提高系统整体性能的替代技术。最后，讨论了实际5G毫米波大规模MIMO系统{具有ADC量化器}的相关挑战和潜在实现。
2018-03-20 cs.IT math.IT
Low-Complexity Reconfigurable MIMO for Millimeter Wave Communications
毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统的性能受到传播信道的稀疏性质和收发器处的有限数量的射频（RF）链的限制。可重构天线的引入为设计毫米波MIMO系统提供了额外的自由度。本文提供了一个理论框架，研究毫米波MIMO与可重构天线。基于虚拟信道模型，提出了一种可重构毫米波MIMO系统的结构，该系统在发射端和接收端均采用波束空间混合模拟数字波束形成器和可重构天线。我们表明，采用可重构天线可以提供毫米波MIMO的吞吐量增益。我们推导出在系统中使用可重构天线的平均吞吐量增益的表达式，并进一步推导出信道（准）静态的情况下的中断吞吐量增益的表达式。此外，我们提出了一个低复杂度的算法，用于重新配置状态选择和波束选择。我们的数值结果验证了推导出的吞吐量增益的表达式，并证明了所提出的低复杂度算法的近最佳吞吐量性能。
2018-08-21 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Power Allocation in Millimeter Wave Massive MIMO with Non-Orthogonal Multiple Access
在这封信中，我们调查的能量效率（EE）的毫米波（mmWave）大规模MIMO（mMIMO）系统与非正交多址（NOMA）的问题。根据信道相关性和增益差异，提出了多个双用户簇。在此之后，我们提出了一种混合模拟/数字预编码方案的低射频（RF）链结构在基站（BS）。在此基础上，我们制定了一个功率分配问题，旨在最大限度地提高EE下用户的服务质量（QoS）的要求和每个集群的功率约束。提出了一种迭代算法来获得最优功率分配。仿真结果表明，提出的NOMA实现了优越的EE性能比传统的OMA。
2017-07-14 cs.IT math.IT
Joint Data-Aided Carrier Frequency Offset, Phase Offset, Amplitude and SNR Estimation for Millimeter-Wave MIMO Systems
本文研究了毫米波收发器之间载波频偏、相位偏移、幅度和信噪比的估计问题。首先给出不同参数的Cramér-Rao下界（CRLB），以及CRLB存在的条件，称为正则性条件。然后，讨论了如何找到合适的参数估计量的问题，并给出了最大似然估计量（ML）。
2017-12-16 cs.IT math.IT
Subspace Tracking Algorithms for Millimeter Wave MIMO Channel Estimation with Hybrid Beamforming
本文提出了使用子空间跟踪算法在毫米波（mmWave）频率执行MIMO信道估计。使用子空间的方法，我们开发了一个协议，使估计的权利（分别。左）发射机处的奇异向量（分别为接收器）侧;在此基础上，我们将收缩投影近似子空间跟踪算法（PASTd）和正交Oja算法（OOJA）引入到本文的信道估计框架中，得到了两种信道估计算法。在算法设计阶段也明确考虑了波束形成器的混合模拟/数字性质。数值结果表明，所提出的估计算法是有效的，他们表现得更好，比两个相关的竞争替代品在公开文献中。
2017-04-22 cs.IT math.IT
Gram Schmidt Based Greedy Hybrid Precoding for Frequency Selective Millimeter Wave MIMO Systems
混合模拟/数字预编码允许毫米波MIMO系统利用大的天线阵列增益，同时允许低成本和功耗硬件。大多数先前的工作集中在窄带毫米波系统的混合预编码。然而，mmWave系统将可能在具有频率选择性的宽带信道上操作。因此，本文认为，频率选择性混合预编码与RF波束成形矢量从量化码本。针对该系统，提出了一种低复杂度的接近最优的贪心算法，用于混合模拟/数字预编码器的设计。所提出的算法使用Gram-Schmidt正交化来精确地选择RF波束成形向量。仿真结果表明，所开发的预编码设计算法取得了很好的性能相比，无约束的解决方案，而需要更少的复杂度。
2016-01-26 cs.IT math.IT
Performance Analysis of Multi-Cell Millimeter Wave Massive MIMO Networks with Low-Precision ADCs
在本文中，我们研究了多小区毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）网络与低精度模数转换器（ADC）在基站（BS）。每个小区为多个用户提供服务，每个用户配备有多个天线，但由单个RF链驱动。本文首先介绍了一种适用于毫米波大规模MIMO网络的信道估计策略，并分析了在不完全信道状态信息下的可达速率。然后，我们得出了一个有见地的下限的可实现的速率，这变得越来越紧的用户数量。该界限清楚地表明了天线数量和ADC精度的影响，特别是对于低信噪比（SNR）的单小区毫米波网络。它表征了各种系统参数之间的折衷。我们的分析结果最终证实了广泛的计算机模拟。
2018-10-05 cs.IT math.IT
Pilot Beam Sequence Design for Channel Estimation in Millimeter-Wave MIMO Systems: A POMDP Framework
本文研究了大容量毫米波MIMO系统中用于信道估计的自适应导频波束序列设计问题。通过利用具有虚拟信道表示的mmWave MIMO信道的稀疏性并对视线（LOS）和反射簇的物理移动施加马尔可夫随机游走假设，示出了大型mmWave MIMO系统中的稀疏信道估计问题简化为在二维矩形网格中找到非零值bin的位置和值的顺序检测问题，而最优自适应导频设计问题可以归结为部分可观测马尔可夫决策过程（POMDP）的框架。在POMDP框架下，得到了一种最优自适应导频波束序列设计方法，以最大化给定时间段内的累积传输数据率。数值结果验证了我们的导频信号的设计方法，他们表明，所提出的方法产生良好的性能。
2014-09-30 cs.IT math.IT
BDMA for Millimeter-Wave/Terahertz Massive MIMO Transmission with Per-Beam Synchronization
针对毫米波/太赫兹频段的宽带大规模多输入多输出（MIMO）传输，提出了基于波束同步的波束分多址（BDMA）技术。我们首先介绍了一个物理动机的波束域信道模型的大规模MIMO和证明，波束域信道元素的包络往往是独立的时间和频率时，在基站和用户终端（UT）的天线的数量趋于无穷大。激励所得出的波束域信道特性，然后，我们提出了PBS毫米波/太赫兹大规模MIMO。我们表明，与传统的同步方法相比，宽带大规模MIMO信道与PBS的有效延迟和多普勒频率扩展减少了UT天线的数量的一个因素。随后，我们将PBS应用于BDMA，研究波束调度以最大化上行链路和下行链路BDMA的可实现遍历速率，并开发了贪婪波束调度算法。仿真结果验证了在典型移动场景下，BDMA结合PBS在mmW/THz宽带大规模MIMO系统中的有效性。
2016-11-14 cs.IT math.IT
A Comparison of MIMO Techniques in Downlink Millimeter Wave Cellular Networks with Hybrid Beamforming
在未来的毫米波（mmWave）蜂窝网络中将需要大型天线阵列，从而实现大量不同的可能天线架构和多输入多输出（MIMO）技术。仍然不清楚哪种MIMO技术作为不同网络参数的函数是最期望的。因此，本文比较了混合波束赋形使能的多用户（MU）MIMO和单用户空间复用（SM）与单用户模拟波束赋形（SU-BF）的覆盖范围和速率性能。针对MU-MIMO毫米波蜂窝网络，提出了一种用于覆盖和速率分析的随机几何模型，该模型考虑了混合模拟/数字预编码器和合并器的毫米波特定硬件约束，以及角域稀疏的阻塞相关信道模型。分析结果突出了多用户毫米波网络的覆盖范围，速率和功耗的权衡。在毫米波蜂窝网络中，由于发射机处的完美信道状态信息和轮询调度，MU-MIMO通常是比SM或SU-BF更好的选择。然而，这种观察忽略了由于信道获取或计算复杂性而引起的任何开销。考虑到这种开销的影响，我们的结果可以重新解释，以便量化MU-MIMO提供比SM或SU-BF更高速率的最小允许效率。
2016-03-02 cs.IT math.IT
Scalable and Energy-Efficient Millimeter Massive MIMO Architectures: Reflect-Array and Transmit-Array Antennas
混合模拟-数字架构被认为是实现毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）系统的有希望的候选者，因为它们通过将一些信号处理操作移动到模拟域中来实现所需的昂贵的射频（RF）链的数量的显著减少。然而，混合MIMO架构的包括RF分配器、组合器、移相器和线路连接的模拟馈送网络由于其对于大量发射天线的过高功耗而不可扩展。出于这种限制，在本文中，我们研究了新的大规模MIMO架构，即反射阵列（RA）和发射阵列（TA）天线。我们表明，RA和TA天线的预编码器必须满足不同的约束条件相比，传统的MIMO架构。考虑到这些限制，并利用毫米波信道的稀疏性，我们设计了一个有效的预编码器的基础上的正交匹配追踪算法的RA和TA天线。此外，为了公平地比较RA和TA天线与传统的全数字和混合MIMO架构的性能，我们开发了一个统一的功耗模型。我们的仿真结果表明，与传统的MIMO架构，RA和TA天线是高能效和完全可扩展的发射天线的数量方面。
2018-11-07 cs.IT math.IT
Massive MIMO Channel Estimation for Millimeter Wave Systems via Matrix Completion
实现定向波束形成的毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）系统需要对无线传播信道进行可靠的估计。然而，毫米波信道的特征在于高可变性，这严重挑战了它们在短训练周期内的恢复。现有的信道估计技术利用了波束域的信道稀疏性或天线域的低秩特性，但仍然需要大量的训练符号来获得满意的性能。在本文中，我们提出了一种新的信道估计算法，联合利用毫米波信道的后两个属性，以提供更准确的恢复，特别是对于较短的训练间隔。所提出的迭代算法是基于交替方向乘法（ADMM），并提供了全局最优解所考虑的凸毫米波信道估计问题的快速收敛性能。
2019-06-06 cs.IT math.IT
On Clustered Statistical MIMO Millimeter Wave Channel Simulation
毫米波频率的使用是实现未来5G无线系统容量增加1000倍的关键策略之一。虽然对于传统的6 GHz以下蜂窝频率，有几种成熟的统计信道模型可用于系统仿真，但对于毫米波频率，没有类似的工具，因此无法公平比较独立开发的传输和接收方案。在本文中，我们提供了一个简单而准确的统计过程中产生的集群MIMO信道模型工作在毫米波，缓慢和快速时变信道的情况下。还提供了用于通道生成的Matlab脚本，以及它们的使用示例。
2016-05-11 cs.IT math.IT
An Overview of Signal Processing Techniques for Millimeter Wave MIMO Systems
毫米波（mmWave）频率下的通信正在定义无线通信的新时代。毫米波频带提供了比目前在商业无线系统中使用的带宽更高的带宽通信信道。毫米波的应用是巨大的：无线局域网和个人区域网络在未经许可的频段，5G蜂窝系统，更不用说车辆区域网络，ad hoc网络和可穿戴设备。信号处理对于实现下一代毫米波通信至关重要。由于在发射机和接收机处使用大型天线阵列，结合射频和混合信号功率约束，需要新的多输入多输出（MIMO）通信信号处理技术。由于宽带宽，低复杂度的收发器算法变得重要。有机会利用压缩感知等技术进行信道估计和波束成形。本文概述了毫米波无线系统中的信号处理挑战，重点介绍了在更高载波频率下使用MIMO通信所面临的挑战。
2015-12-09 cs.IT math.IT
Training Beam Sequence Design for Millimeter-Wave MIMO Systems: A POMDP Framework
本文研究了毫米波多输入多输出（MIMO）大信道下的自适应训练波束序列设计问题。通过利用大型毫米波MIMO信道的稀疏性，并对接收机和反射簇的运动施加马尔可夫随机游走假设，将自适应训练波束序列设计和信道估计问题表示为部分可观测马尔可夫决策过程（POMDP）问题，该问题在二维网格中找到非零bin.在所提出的POMDP框架下，最优和次优的自适应训练波束序列设计策略。此外，一个非常快速的次优贪心算法的基础上，新提出的减少充分统计量，使所提出的算法的计算复杂性低到一个水平，以实际实施。数值结果提供了建议的训练波束设计方法的性能进行评估。数值结果表明，所提出的训练波束序列设计算法具有良好的性能。
2014-10-14 cs.IT math.IT
A Generalized Framework on Beamformer Design and CSI Acquisition for Single-Carrier Massive MIMO Systems in Millimeter Wave Channels
针对时分双工（TDD）模式下采用单载波（SC）调制的频率选择性大规模多输入多输出（MIMO）系统，利用毫米波（mm）频段的联合角度-延迟域信道稀疏性，建立了降维信道状态信息（CSI）估计和预波束形成器设计的一般框架。首先，基于一种通用子空间投影方法，考虑了联合角度-时延功率分布和用户分组，推导了空间相关宽带MIMO信道下的降秩最小均方误差（RR-MMSE）瞬时CSI估计器。其次，统计预波束形成器的设计被认为是频率选择性SC大规模MIMO信道。我们研究的降维问题和子空间（波束空间）的建设，RR-MMSE估计可以实现尽可能准确。最后，通过在适当的降维波束空间中进行最小二乘（LS）估计，得到了一种时空域相关器型降秩信道估计器，作为RR-MMSE估计的近似。据观察，所提出的技术显示出显着的鲁棒性的导频干扰（或污染）的导频开销的显着减少。
2016-07-05 cs.IT math.IT
Spectrum and Energy Efficient Beamspace MIMO-NOMA for Millimeter-Wave Communications Using Lens Antenna Array
波束空间多输入多输出（MIMO）的最新概念可以显著减少毫米波（mmWave）大规模MIMO系统中所需的射频（RF）链的数量而没有明显的性能损失。然而，现有的波束空间MIMO的基本限制是，在相同的时频资源上，支持的用户的数量不能大于RF链的数量。为了打破这一基本限制，在本文中，我们提出了一种新的频谱和能量高效的毫米波传输方案，该方案将非正交多址（NOMA）的概念与波束空间MIMO相结合，即，波束空间MIMO-NOMA通过在波束空间MIMO系统中使用NOMA，在相同的时频资源下，支持的用户数量可以大于RF链的数量。特别地，在典型的毫米波信道模型下，分析了所提出的波束空间MIMO-NOMA的可达和速率，与现有的波束空间MIMO相比，表现出明显的性能增益。然后，设计了一种基于迫零（ZF）原理的预编码方案，以降低波束空间MIMO-NOMA系统中的波束间干扰。此外，为了最大化可达和速率，通过求解联合功率优化问题，提出了一种动态功率分配算法，该算法不仅考虑了波束内功率优化，还考虑了波束间功率优化。最后，提出了一种低复杂度的迭代优化算法，实现了动态功率分配。仿真结果表明，与现有的波束空间MIMO相比，本文提出的波束空间MIMO-NOMA可以获得更高的频谱和能量效率。
2017-07-21 cs.IT math.IT
Hybrid Beamforming and Combining for Millimeter Wave Full Duplex Massive MIMO Interference Channel
全双工（FD）通信可以彻底改变无线通信，因为它避免了使用独立的信道进行双向通信。这项工作推广了毫米波（mmWave）频段的点对点FD通信，包括K对大规模MIMO FD节点同时工作。我们提出了一种新的联合混合波束成形（HYBF）和加权和速率（WSR）最大化的合并方案，使大规模MIMO FD链路的共存成本有效。该算法依赖于基于最小化-最大化方法的替代优化。此外，我们提出了一种新的SI和大规模MIMO干扰信道感知功率分配方案，包括最优功率控制。仿真结果表明，显着的性能改善相比，传统的双向全数字半双工（HD）系统。
2022-01-04 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter Wave Communications with Reconfigurable Antennas
传播信道的高度稀疏性质和收发器处射频（RF）链的受限使用限制了毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统的性能。将可重构天线引入毫米波可以为设计毫米波MIMO系统提供额外的自由度。本文提供了一个理论框架，研究毫米波MIMO与可重构天线。我们提出了一种可重构毫米波MIMO的架构，在发射机和接收机的波束空间混合模拟-数字波束形成器和可重构天线。我们表明，采用可重构天线可以提供毫米波MIMO的吞吐量增益。我们推导了使用可重构天线的平均吞吐量增益的表达式，并考虑到大量的重配置状态的情况下，进一步简化的表达式。此外，我们提出了一个低复杂度的算法的重新配置状态和波束的选择，它实现了几乎相同的吞吐量性能的最佳选择的重新配置状态和波束的穷举搜索。
2018-05-31 cs.IT math.IT
Optimal Link Scheduling in Millimeter Wave Multi-hop Networks with MU-MIMO radios
本文研究了多用户多输入多输出（MU-MIMO）无线电多跳毫米波微微蜂窝网络的最大吞吐量可实现的最佳调度。MU-MIMO能够同时发送到多个接收器（空分复用）和同时从多个发送器接收（空分多址）。主要贡献是扩展到MU-MIMO的网络效用最大化（NUM）调度框架的多跳网络。我们推广到MU-MIMO的经典证明，最大背压（MBP）调度是NUM最优的。MBP需要优化的解决方案，这对于MU-MIMO无线电变得更加困难。在先前的一对一传输和接收模型中，每个有效的调度都是一个图上的匹配。然而，在MU-MIMO的情况下，每个有效调度是有向二部子图（DBSG）。在一般情况下，这阻止找到有效的算法来解决调度器。我们通过假设固定的功率分配使MU-MIMO MBP调度易于处理，因此最佳调度器是最大加权DBSG。MWDBSG问题可以使用标准的Mixed Linear Programming来解决。我们模拟多跳毫米波微微蜂窝网络，并表明，一个MU-MIMO MBP调度器，使网络吞吐量增加160%，而经典的一对一的MBP调度，而公平的速率分配机制，在这两种情况下使用。
2020-02-20 cs.IT math.IT
Over-Sampling Codebook-Based Hybrid Minimum Sum-Mean-Square-Error Precoding for Millimeter-Wave 3D-MIMO
混合预编码设计对于毫米波（mmWave）大规模MIMO具有挑战性。现有的混合预编码方案大多以最大化总频谱效率（SSE）为目标，而对误码率（BER）的研究较少。因此，本文提出了一种基于过采样码本（OSC）的混合最小均方误差和（min-SMSE）预编码方案，用于毫米波多用户三维（3D）-MIMO系统，以优化系统的误码率，其中考虑了每个用户具有多个数据流的多用户传输。具体而言，给定由真实信道和模拟预编码组成的有效基带信道，我们首先设计基于最小最小均方误差准则的数字预编码器/合并器以优化误码率。为了进一步降低发送和接收信号之间的SMSE，我们提出了一种基于OSC的联合模拟预编码器/组合器（JAPC）设计。仿真结果表明，该方案可以实现更好的性能比传统的同行。
2018-05-21 cs.IT math.IT
MIMO Channel Modeling and Capacity Analysis for 5G Millimeter-Wave Wireless Systems
本文提出了一种具有小尺度空间相关随机系数的多元发射机和接收机天线阵列冲激响应的3-D统计信道模型，该模型使用基于物理的时间簇-空间波瓣（TCSL）聚类方案推导出。基于28 GHz室外毫米波小尺度局域信道测量，对多径幅度的小尺度特性进行了建模。宽带信道容量通过考虑基于测量的Rician分布电压幅度以及每对发射器和接收器天线元件的多径幅度的空间自相关来评估。结果表明，莱斯信道可能会表现出相等或可能更大的容量相比，瑞利信道，这取决于天线的数量。
2016-01-28 cs.IT math.IT
Time-Fractional User Association in Millimeter Wave MIMO Networks
用户关联决定用户连接到哪些基站，从而影响网络干扰量，并因此影响网络吞吐量。然而，传统的用户关联方案假设用户瞬时速率与用户关联无关。在本文中，我们介绍了一种新的负载感知的毫米波（mmWave）MIMO网络的用户关联方案，该方案考虑到网络干扰对用户关联的依赖性。这种考虑非常适合毫米波通信，其中链路是高度定向的并且容易受到小信道变化的影响。我们制定我们的用户关联问题作为一个混合整数非线性规划（MINLP）和解决它使用遗传算法。我们表明，所提出的方法可以提高网络的性能，通过移动拥塞的基站轻负载的基站，并相应地调整干扰的流量。我们的模拟证实，我们的计划的结果在一个更高的网络吞吐量相比，传统的用户关联技术。
2018-06-04 cs.IT math.IT
Antenna Array Diagnosis for Millimeter-Wave MIMO Systems
毫米波（mmWave）MIMO系统中密集的天线经常被雨、雪、灰尘甚至手指遮挡，这会改变信道特性，降低系统性能。为了解决这个问题，我们提出了一个交叉熵启发的天线阵列诊断检测（CE-AAD）技术，利用相邻天线的相关性，当阻塞发生在发射机。然后，我们将提出的CE-AAD算法扩展到发射机和接收机同时发生阻塞的情况。仿真结果表明，该算法的性能优于传统算法。
2021-06-05 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Localization and Mapping through Millimeter Wave MIMO in 5G Systems - Extended Version
具有多个发射和接收天线的毫米波信号被认为是5G系统中增强移动宽带服务的实现技术。虽然这种组合主要与实现高数据率相关，但它也为基于无线电的定位提供了巨大的潜力。最近的研究表明，具有多个发射和接收天线的毫米波系统能够联合估计移动终端的位置和方向，同时映射无线电环境。为此，我们提出了一种基于消息传递的估计器，它联合估计移动终端的位置和方向，以及反射器或散射体的位置。我们提供的数值例子表明，这种估计可以提供相当高的估计精度相比，一个国家的最先进的估计。我们的例子表明，我们的消息传递为基础的估计既不需要存在的视线路径，也不需要先验知识的任何参数估计。
2018-08-02 cs.IT math.IT
Low RF-Complexity Technologies to Enable Millimeter-Wave MIMO with Large Antenna Array for 5G Wireless Communications
针对大规模天线毫米波MIMO射频链路过多导致成本与功耗过高的问题，本文综述低射频复杂度技术，重点分析PAHP与LAHP的原理、挑战、性能及实际部署方向。
2017-10-01 cs.IT math.IT
Line-of-Sight MIMO for High Capacity Millimeter Wave Backhaul in FDD Systems
无线回程被认为是未来无线网络的关键部分，具有密集的小小区业务和高容量需求。在本文中，我们专注于设计一个高频谱效率的视线（LoS）多输入多输出（MIMO）系统的毫米波（毫米波）回程使用双极化频分双工（FDD）。由于各种物理损伤，例如相位噪声（PHN）、定时偏移（TO）以及LoS MIMO的不良条件数，对于系统实现高频谱效率是非常具有挑战性的。在本文中，我们提出了一个整体的解决方案，包括TO补偿，PHN估计，预编码器/解相关器优化的LoS MIMO无线回程，和交织的每一个部分。我们表明，所提出的解决方案具有鲁棒的性能，对于8x8 MIMO，端到端频谱效率为60 bits/s/Hz。
2020-06-18 cs.IT eess.SP math.IT
Codebook Design for Channel Feedback in Lens-Based Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
在基于透镜的毫米波（mmWave）大规模MIMO系统中，可以通过波束选择来减少射频（RF）链的数量，其中在BS处需要RF链与多个用户之间的等效信道以实现多用户复用增益。然而，据我们所知，在这样的系统中没有用于等效信道反馈的专用码本。在本文中，我们提出了降维的子空间码本，它实现了显着减少的反馈开销和码本大小。具体来说，我们首先利用毫米波信道的有限散射特性来生成信道子空间中的高维向量。然后，根据透镜和波束选择器的功能，提出了降维子空间码本来表示等效信道矢量，并对该码本进行了性能分析，最后通过仿真验证了该码本与传统码本相比具有更好的性能。
2017-03-01 cs.IT math.IT
User Scheduling for Millimeter Wave MIMO Communications with Low-Resolution ADCs
在毫米波（mmWave）系统中，我们研究上行链路用户调度时，基站采用低分辨率的模数转换器（ADC）与大量的天线。为了降低接收器中的功耗，低分辨率ADC可能是毫米波系统的潜在解决方案，其中可能部署许多天线以补偿大的路径损耗。由于量化误差，我们表明，在波束空间中的信道结构，除了信道幅度和波束空间的正交性，在最大限度地提高预定用户的可实现速率中起着关键作用。因此，我们得出的最佳标准相对于波束空间中的信道结构，最大限度地提高上行链路的和速率的多用户多输入多输出（MIMO）系统与迫零接收机。利用推导出的标准，我们提出了一个有效的调度算法的毫米波系统与低分辨率ADC。数值结果验证了该算法在总速率方面优于传统的用户调度方法。
2018-01-30 cs.IT math.IT
Channel Estimation for Millimeter-Wave Massive MIMO with Hybrid Precoding over Frequency-Selective Fading Channels
针对毫米波大规模MIMO在频率选择性衰落信道下的信道估计难题，提出一种基于分布式压缩感知和自适应网格匹配追踪的多用户上行链路信道估计方案，有效解决了连续AoA/AoD导致的功率泄漏问题。
2023-10-19 cs.IT math.IT
Robust Location-Aided Beam Alignment in Millimeter Wave Massive MIMO
最近，位置辅助波束对准已经被提出作为用于毫米波（mmWave）大规模MIMO（mMIMO）通信中的快速链路建立的潜在方法。然而，由于估计过程中的移动性和其他缺陷，在基站（BS）和用户（UE）处获得的空间信息可能是有噪声的，从而降低波束对准性能。在本文中，我们介绍了一个强大的光束对准框架，以表现出弹性相对于这个问题。我们首先将波束对准重新设计为分散式协调问题，其中BS和UE基于相关但单独的位置信息来寻求协调。我们制定的最佳波束对准解决方案的贝叶斯团队决策问题的解决方案。然后，我们提出了一套算法，以降低复杂性接近最优。与经典设计相比，鲁棒波束对准过程的有效性，然后在具有不同位置信息精度的仿真设置上进行验证。
2017-08-28 cs.IT math.IT
Transmitter Beam Selection in Millimeter-wave MIMO with In-Band Position-Aiding
新兴的无线通信系统将以通信和定位之间的紧密耦合为特征。这在毫米波（mm波）通信中尤其明显，其中设备使用大量天线并且传播由几何信道模型很好地描述。对于毫米波通信，初始接入，包括波束选择和两个设备的对准，是具有挑战性的和耗时的位置信息的情况下。相反，准确定位依赖于具有适当波束对准的高质量通信链路。本文研究了这种相互作用，并提出了一种新的位置辅助波束选择协议，它考虑了直接的视线和散射的情况下的联合通信和定位的问题。仿真结果表明，相对于标准协议的延迟显着减少。
2017-05-16 cs.IT math.IT
Beam Training based on Dynamic Hierarchical Codebook for Millimeter Wave Massive MIMO
研究了毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（massive MIMO）系统中基于分层码本的波束训练问题。与现有的使用相同的分层码本来估计不同的多径分量（MPC）的工作，动态分层码本，根据估计的MPC更新。首先，提出了一种广义的分层码书设计方法。然后在此基础上，提出了一种动态更新分层码本的波束训练方法，该方法通过从码本中去除估计MPC的贡献来动态更新分层码本。仿真结果验证了该方法的有效性，并表明该方法在波束训练的成功检测率方面优于现有方法。
2019-01-05 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter Wave MIMO with Lens Antenna Array: A New Path Division Multiplexing Paradigm
毫米波（mmWave）通信是用于5G蜂窝系统的有前途的技术。为了补偿毫米波系统中的严重路径损耗，通常使用大型天线阵列来实现显著的波束成形增益。然而，由于与射频（RF）链相关联的高硬件和功耗成本，期望实现大天线增益，但是仅使用有限数量的RF链用于毫米波通信。为此，我们在本文中研究了一种新的透镜天线阵列使毫米波MIMO通信系统。我们首先表明，所提出的透镜天线阵列在接收器/发射器的阵列响应遵循“sinc”函数，其中具有峰值响应的天线由接收/发射信号的到达角（AoA）/离开角（AoD）确定。通过利用透镜天线阵列的这种独特特性以及毫米波信道的多径稀疏性，我们提出了一种新的低成本和容量实现MIMO传输方案，称为\emph{orthogonal path division multiplexing (OPDM)}。对于具有不充分分离的AoA和/或AoD的信道，我们还提出了一种简单的基于组的小规模MIMO处理的\emph{path grouping}技术，以减轻路径间干扰。数值结果提供了比较性能的毫米波MIMO系统与传统阵列的透镜天线阵列，在不同的实际设置。结果表明，所提出的系统实现了显着的吞吐量增益以及复杂性和硬件成本的降低，都使它成为一个有吸引力的新的范例毫米波MIMO通信。
2015-07-07 cs.IT math.IT
On the Power Leakage Problem in Millimeter-Wave Massive MIMO with Lens Antenna Arrays
新兴的具有透镜天线阵列的毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）（也称为“波束空间MIMO”）可以有效地减少所需的高功耗射频（RF）链的数量。因此，它被认为是即将到来的5G通信及以后的一种有前途的技术。然而，目前大多数关于波束空间MIMO的研究都没有考虑到波束空间信道中的重要功率泄漏问题，这可能会导致信噪比（SNR）和系统和速率的显着下降。为此，本文提出了一种波束对准预编码方法来处理功率泄漏问题。首先，提出了一种移相器网络（PSN）结构，使波束空间MIMO中的每个RF链能够选择多个波束来收集泄漏功率。然后，基于所提出的PSN结构，设计了一种基于旋转的预编码算法，该算法将所选择的波束的信道增益朝向相同的方向对齐，以最大化每个用户处的接收SNR。此外，我们揭示了一些系统设计的见解，通过分析所提出的波束对准预编码方法的总速率和能量效率（EE）。在仿真中，所提出的方法被发现，以实现接近最佳的和速率性能相比，理想的情况下，没有功率泄漏，并获得更高的EE比现有的计划与线性或平面阵列。
2020-08-24 cs.IT math.IT
Subspace Estimation and Decomposition for Large Millimeter-Wave MIMO systems
混合模数毫米波（mmWave）MIMO系统中的信道估计和预编码是一个基本问题，在任何承诺的增益可以利用之前，尚未得到解决。为此，我们提出了一种方法（基于著名的Arnoldi迭代），利用TDD系统中的信道互易性和信道本征模的稀疏性，来估计正确的（分别）。左）信道的奇异子空间，在BS（分别MS）。我们首先描述了在传统的MIMO系统的上下文中的算法，并推导出在BS和MS的失真的存在下的估计误差的界限。我们后来确定的障碍，阻碍了这样的算法的混合模拟-数字架构的应用，并单独解决它们。鉴于履行的混合模拟-数字架构所施加的约束，我们进一步提出了一种迭代算法的子空间分解，从而上述估计的子空间，近似模拟和数字预编码器/组合器的级联。最后，我们评估我们的方案对完美的CSI，全数字的情况下（即，等效的传统MIMO系统），并且得出结论，可以实现类似的性能，特别是在中高SNR（其中性能差距小于5%）下，然而，具有显著更少数量的RF链（少4到8倍）。
2016-06-27 cs.IT math.IT
2D Unitary ESPRIT Based Super-Resolution Channel Estimation for Millimeter-Wave Massive MIMO with Hybrid Precoding
具有混合预编码的毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）是用于未来5G无线通信的有前景的技术。由于毫米波大规模MIMO信道的天线数量较多，而射频链路数量较少，估计高维毫米波大规模MIMO信道将带来较大的导频开销。针对这一问题，提出了一种基于二维统一ESPRIT算法的超分辨率信道估计方案。通过利用毫米波信道的角度稀疏性，可以高精度地联合估计连续分布的到达角/离开角（AoA/AoD）。具体而言，通过在基站（BS）和移动台（MS）处设计上行链路训练信号，我们首先使用低导频开销来估计低维有效信道，其具有与待估计的高维毫米波MIMO信道相同的阵列响应的移位不变性。从低维有效信道出发，利用二维酉ESPRIT信道估计算法，可以联合获得AoA和AoD的超分辨率估计。此外，可以基于最小二乘（LS）准则来获取相关联的路径增益。最后，我们可以根据所获得的AoA、AoD和路径增益来重构高维毫米波MIMO信道。仿真结果证实了该方案优于传统方案，具有更低的导频开销。
2017-10-30 cs.IT math.IT
Multiuser Millimeter Wave MIMO Channel Estimation with Hybrid Beamforming
本文主要研究毫米波频段的多用户MIMO信道估计和数据传输。所提出的方法依赖于时分双工（TDD）协议，是基于两个不同的阶段。首先，基站（BS）发送合适的探测信号，使得所有移动站（MS）可以使用子空间跟踪算法来估计它们的BS到MS传播信道的主左奇异向量。然后，每个MS使用估计的主左奇异向量作为预编码波束形成器，发送合适的导频序列，使得BS可以估计相应的右主信道奇异向量和相应的特征值。在MS处使用低复杂度的具有收缩的投影近似子空间跟踪（PASTd）算法来进行主导子空间估计，而在BS处使用导频匹配（PM）和迫零（ZF）接收。所提出的算法可以用于与模拟RF波束形成器，并表现出非常好的性能。
2017-04-22 cs.IT math.IT
Multiplexing Analysis of Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
本文研究了毫米波大规模MIMO系统的空间复用问题。针对单用户毫米波系统采用分布式天线子阵结构，其中发射机和接收机分别由Kt和Kr个子阵组成，首先推导出子阵天线数趋于无穷大时的渐近复用增益公式。具体地，假设所有子信道具有相同的平均传播路径数L，该公式意味着通过采用这种分布式天线子阵列架构，可以实现精确的平均最大复用增益KrKtL。该结果意味着与共置天线架构相比，使用分布式天线子阵列架构可以与KrKt成比例地放大最大复用增益。为了进一步揭示分集增益和复用增益之间的关系，还给出了分集-复用折衷的简单表征。复用增益分析，然后扩展到多用户的情况下。此外，模拟/数字混合处理的仿真结果证实了分析结果。
2018-07-29 cs.IT math.IT
Diversity Analysis of Millimeter-Wave OFDM Massive MIMO Systems
分析了毫米波大规模多输入多输出（MIMO）系统中采用正交频分复用（OFDM）的分布式天线子阵的分集增益。我们表明，分集增益取决于发送的数据流的数量，远程天线单元的数量，和RAU之间的传播路径的数量。此外，我们表明，通过使用比特交织编码多波束形成（BICMB），可以实现最大的分集增益在分布式天线子阵列系统。在这两种情况下的假设是，在发送器和接收器处的天线的数量足够大，并且信道状态信息（CSI）在发送器和接收器处是已知的。
2021-05-10 cs.IT eess.SP math.IT
Position and Orientation Estimation through Millimeter Wave MIMO in 5G Systems
毫米波信号和大型天线阵列被认为是未来5G网络的支持技术。虽然它们对于实现高数据率通信的益处是众所周知的，但是它们对于精确定位的潜在优点在很大程度上未被发现。我们推导出的Cramér-Rao界（CRB）的位置和旋转角度估计的不确定性从毫米波信号从一个单一的发射机，在存在散射体。我们还提出了一种新的两阶段算法的位置和旋转角度估计，达到CRB的平均到高的信噪比。该算法基于多个测量向量匹配追踪进行粗估计，然后基于空间交替广义期望最大化算法进行细化。我们发现，准确的位置和旋转角度估计是可能的，使用信号从一个单一的发射机，无论是在视线，非视线，或有障碍的视线条件。
2017-10-15 cs.IT math.IT
Statistical Properties and Variations of LOS MIMO Channels at Millimeter Wave Frequencies
测量结果的毫米波LOS MIMO系统的时间变化和多径传播的重点。使用不同的系统设置，包括2x2和3x3 MIMO，并且涉及不同的同步过程和前端。此外，不同的传播方案进行了评估，涵盖了广泛的应用领域。结果表明，LOS分量比NLOS分量携带更多的功率，并且在设计这些高带宽系统时，应考虑来自前端的频率选择性。由于发射和接收振荡器差异而引起的频率偏移和其他相位变化被视为信道的一部分，因此，取决于同步设置，MIMO系统表现出不同的时间变化，特别是在独立本地振荡器的情况下。还观察到，这些系统的振幅和相位方面经历显着的非平凡的长期变化。
2018-03-21 cs.IT eess.SP math.IT
Directional Beamforming for Millimeter-Wave MIMO Systems
本文的重点是毫米波（mmW）多输入多输出（MIMO）设置中的波束成形，该设置在满足下一代无线系统的高数据速率要求方面获得了越来越多的关注。对于给定的MIMO信道矩阵，在发送端利用主右奇异向量（RSV）和在接收端利用与RSV匹配的滤波器的波束成形的最优性已经被很好地理解。当信道矩阵可以准确地捕获的物理（几何）散射模型跨多个集群/路径的情况下，在毫米波MIMO系统，我们提供了一个物理解释这种最佳结构：波束转向不同的路径与适当的功率分配和相位补偿。虽然迄今为止尚未提供这种明确的物理解释，但是在mmW系统中实际实现这种结构充满了相当大的困难（复杂性以及成本），因为它需要使用每天线增益和相位控制。本文的特点是在接收到的SNR损失与替代的低复杂度波束形成的解决方案，只需要每天线相位控制，并对应于转向的波束在发送端和接收端的主导路径。虽然接收到的SNR的损失可以是任意大的（理论上），但是这种损失在大部分信道实现中是最小的，从而加强了定向波束成形作为mmW MIMO系统的良好候选解决方案的效用。
2016-01-11 cs.IT math.IT
Hybrid Precoding-Based Millimeter-Wave Massive MIMO-NOMA with Simultaneous Wireless Information and Power Transfer
非正交多址接入（NOMA）最近被认为是毫米波（mmWave）大规模MIMO系统，以进一步提高频谱效率。此外，同时无线信息和功率传输（SWIPT）是最大化能量效率的有前途的解决方案。在本文中，我们首次研究了毫米波大规模MIMO-NOMA系统中SWIPT的集成。由于毫米波大规模MIMO将可能使用混合预编码（HP）来显著减少所需的射频（RF）链的数量而没有明显的性能损失，其中全数字预编码器被分解为高维模拟预编码器和低维数字预编码器，因此我们提出在基于HP的MIMO-NOMA系统中应用SWIPT，其中每个用户可以通过使用功率分离接收机从接收到的RF信号中提取信息和能量。该算法首先为每个波束选择一个用户，然后根据所选择的簇头为所有波束设计模拟预编码。然后，基于用户的等效信道的相关性来执行用户分组。然后，通过在每个波束中选择具有最强等效信道增益的用户来设计数字预编码。最后，通过联合优化mmWave大规模MIMO-NOMA的功率分配和SWIPT的功率分配因子，最大化可达和速率，并设计了一种迭代优化算法来解决非凸问题.仿真结果表明，与基于HP的MIMO-OMA相比，基于HP的MIMO-NOMA具有更高的频谱效率和能量效率。
2018-09-20 cs.IT math.IT
Diversity Analysis of Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
研究了毫米波大规模MIMO系统的渐近分集分析。首先，对于采用分布式天线子阵列架构的单用户毫米波系统，其中发射机和接收机分别由Kt和Kr子阵列组成，当子阵列处的天线数量趋于无穷大时，建立了分集增益定理。具体地，假设所有子信道具有相同数量的传播路径L，该定理指出，通过采用这种分布式天线子阵列架构，可以实现KrKtL-Ns+1的分集增益，其中Ns是数据流的数量。该结果意味着与共置天线架构相比，使用分布式天线子阵列架构可以与KrKt成比例地按比例增加分集增益或复用增益。分集增益分析，然后扩展到多用户的情况下，以及与传统的部分连接的RF结构的情况下，在文献中。与混合模拟/数字处理得到的仿真结果证实了分析结果，并表明，分布式子阵列架构确实产生显着更好的分集性能比共址天线架构。
2018-01-01 cs.IT math.IT
Cell-Free and User-Centric Massive MIMO at Millimeter Wave Frequencies
在无小区（CF）大规模MIMO架构中，非常大量的分布式接入点（AP）同时并且联合地服务于数量少得多的移动站（MS）;无小区技术的变体是以用户为中心（UC）方法，其中每个AP仅解码MS的缩减集合，实际上是接收最好的MS。本文介绍和分析了毫米波（mmWave）频率下的CF和UC架构。首先，一个多用户集群信道模型，以考虑附近用户的信道之间的相关性，然后，上行链路多用户信道估计方案描述了低复杂度的混合模拟/数字波束形成架构。有趣的是，在所提出的方案中，在MS处不需要信道估计，并且在MS处使用的波束成形方案是信道无关的并且具有非常简单的结构。数值结果表明，所考虑的架构提供了良好的性能，特别是在轻负载的系统中，与UC的方法优于CF之一。
2017-11-05 cs.IT math.IT
Subspace Tracking and Least Squares Approaches to Channel Estimation in Millimeter Wave Multiuser MIMO
本文研究了毫米波频率下的MIMO信道估计问题，包括单用户和多用户两种情况。使用子空间的方法，我们开发了一个协议，使估计的权利（分别。左）发射机处的奇异向量（分别为接收器）侧;在此基础上，我们将收缩的投影近似子空间跟踪算法和正交Oja算法应用到我们的框架中，得到了两种信道估计算法。我们还提出了一种替代算法的基础上最小二乘法。在算法设计阶段也明确考虑了波束形成器的混合模拟/数字性质。为了限制系统的复杂性，在通信链路的两侧使用固定的模拟波束形成器。所得到的数值结果，显示在信道矩阵的主要奇异向量，系统可实现的频谱效率，和系统的比特错误率的估计的准确性，证明所提出的算法是有效的，他们比较有利的，在性能复杂度权衡方面，相对于几个竞争的替代品。
2019-06-20 cs.IT math.IT
Sum-Rate Performance of Millimeter Wave MIMO Shared Spectrum Systems
研究了毫米波（mmWave）通信引起的干扰管理对多输入多输出（MIMO）频谱共享认知系统性能的影响。高度定向的毫米波信号具有短波长特性，这使得能够在通信系统的小的受限空间中制造增加数量的天线。利用大的天线单元来收获高的波束形成增益，并通过在认知基站（CBS）和次级用户处的模拟处理来提高信噪比（SNR）。CBS和二级用户的模拟处理具有硬件和计算限制。这些限制通过设计射频（RF）预编码和RF组合来解决。在数字域，它表明，次用户之间的干扰可以消除基带块对角化技术。为此目的，考虑到控制主用户上的干扰，并推导出最佳功率分配的表达式的工作模式。推导出的功率分配是一种解决mmWave MIMO认知无线电（CR）系统的速率最大化问题的方法。最后，进行数值模拟，以产生不同的毫米波CR系统条件下的各种显着的见解，也验证了性能的改善相比，只有数字通信系统。
2018-06-23 cs.IT math.IT
Uplink Beam Management for Millimeter Wave Cellular MIMO Systems with Hybrid Beamforming
混合模拟和数字波束成形（HBF）是用于毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统的使能收发器技术之一。该技术提供了高度定向的通信，能够对抗毫米波信号传播的固有特性。然而，毫米波系统中的小相干时间，特别是在移动性条件下，使得独立毫米波通信中的有效波束管理（BM）成为非常困难的任务。在本文中，我们考虑HBF收发器与平面天线面板和设计一个多级波束码本的模拟波束形成器包括平顶波束与可变宽度。这些波束对于整个期望的角度宽度表现出几乎恒定的阵列增益，从而促进有效的分层BM。针对上行链路通信，提出了一种新的动态波束排序波束训练算法，该算法适用于最新mmWave标准讨论中对时延的严格要求。我们的仿真结果展示了延迟性能的改善和接收的信噪比与不同的变化，所提出的方案的最佳波束训练方案的基础上，穷举窄束搜索。
2021-01-18 cs.IT math.IT
Tracking Position and Orientation through Millimeter Wave Lens MIMO in 5G Systems
毫米波信号和大型天线阵列被认为是未来5G网络的支持技术。尽管它们对于实现高数据率通信有好处，但是它们对于跟踪用户终端的位置的潜在优点在很大程度上未被发现。针对毫米波频率选择性多输入多输出透镜天线系统，提出了一种基于支撑检测的信道训练方法。我们表明，准确的位置和方向的估计和跟踪是可能的，使用从一个单一的发射机与透镜天线阵列的信号。特别地，波束空间信道估计被公式化为用于估计到达角、离开角和到达时间的下行链路和上行链路中的两个稀疏信号恢复问题。与基于压缩感知的解决方案相比，所提出的方法提供了更高的稀疏检测概率。最后，提出了一种联合启发式波束形成器的设计和用户的位置和方向跟踪方法的基础上获得的信道参数的初始估计在训练阶段。
2018-09-17 cs.IT math.IT
Millimeter-Wave Massive MIMO Testbed with Hybrid Beamforming
大规模多输入多输出（MIMO）技术在毫米波（mmWave）频段获得大阵列增益至关重要。然而，存在实际的挑战，例如在这样的系统中的高硬件成本和功耗。这些问题的一个有前途的解决方案是采用混合波束成形架构。这种架构的收发器（TRx）链的数量比天线总数少得多，从而实现了成本和能量高效的系统。在本文中，我们提出了一个实时毫米波（28 GHz）大规模多输入多输出测试床与混合波束成形。该测试平台具有用于波束选择的64天线/16 TRx单元，可以以模块化方式扩展到更大的阵列尺寸。为了在真实传播环境中测试从基带处理算法到调度和波束选择的所有内容，我们将基于软件定义无线电技术构建的现有100天线/100 TRx大规模多输入多输出测试平台（低于6 GHz）的功能扩展到灵活的毫米波大规模多输入多输出系统。
2020-12-02 cs.IT eess.SP math.IT
Spectral Efficiency Optimization For Millimeter Wave Multi-User MIMO Systems
作为5G无线的关键使能技术，毫米波（mmWave）通信促使利用大规模天线阵列来实现高度定向的波束成形。然而，射频链的高成本和高功耗阻碍了在大阵列系统中采用最优的全数字预编码。为了减少RF链的数量，同时仍然保持大阵列的空间复用增益，混合预编码架构已被提出用于毫米波系统，并在工业界和学术界引起了相当大的兴趣。然而，最佳的混合预编码设计尚未完全理解，特别是对于多用户MIMO情况。本文是第一个工作，直接解决毫米波多用户MIMO系统的非凸混合预编码问题（没有任何近似），通过使用惩罚对偶分解（PDD）方法。在较弱的假设条件下，该方法保证收敛到混合预编码问题的KKT解。仿真结果表明，即使在发射端和接收端都配备了支持多流传输所需的最少射频链的情况下，混合预编码在无限分辨率移相器和有限分辨率移相器情况下都能达到全数字预编码的性能。
2018-01-23 cs.IT math.IT
Multi-User Millimeter Wave MIMO with Full-Dimensional Lens Antenna Array
利用透镜天线阵列的毫米波（mmWave）通信是一种很有前途的技术，用于实现具有大MIMO（多输入多输出）但仅具有有限射频（RF）链的具有成本效益的5G无线系统。研究了一种上行多用户毫米波单边透镜MIMO系统，其中只有基站（BS）配备具有仰角和方位角分辨能力的全维（FD）透镜天线阵列，每个移动站（MS）采用传统的不带透镜的均匀平面阵列（UPA）。通过利用在BS的透镜天线阵列的角度相关的能量聚焦特性以及毫米波信道的多径稀疏性，我们提出了一种低复杂度的路径分多址（PDMA）方案，当所有MS多径信号的到达角（AoA）在BS处充分分离时，该方案能够实现几乎无干扰的多用户通信。为此，在BS处提出了一种称为路径延迟补偿的新技术，以有效地将多用户频率选择性MIMO信道转换为用于不同MS的并行频率平坦小尺寸MIMO信道，对于每个MS，应用低复杂度的单载波（SC）传输。对于AoA间隔不足的一般场景，MS处的模拟波束成形和BS处的数字组合被联合设计为基于由路径延迟补偿产生的MS的有效MIMO信道来最大化MS的可实现的和速率。此外，我们提出了一种新的和高效的信道估计方案，专门为PDMA，这需要在实际的毫米波系统中的训练开销可以忽略不计，但会导致类似的性能，基于完美的信道状态信息（CSI）。
2016-11-18 cs.IT math.IT
On the Energy Efficiency of MIMO Hybrid Beamforming for Millimeter Wave Systems with Nonlinear Power Amplifiers
多输入多输出（MIMO）毫米波（mmWave）系统由于在高频下操作并且采用大量射频（RF）硬件组件而易受硬件损害的影响。特别地，由于能量效率的考虑，在发射机处采用的非线性功率放大器（PA）在接近饱和操作时使信号失真。在本文中，我们研究了MIMO毫米波混合波束形成方案在非线性PA的存在下的性能。首先，我们开发了一个统计模型，在这样的系统中发送的信号，并表明，带内失真的空间方向的波束成形滤波器。这表明，即使在大天线制度，窄波束可以转向接收器，非线性PA的影响不应该被忽略。然后，通过采用一个现实的功率消耗模型的PA，我们研究了在这样的系统中的频谱和能源效率之间的权衡。我们的研究结果表明，当发射天线的数量变大时，增加发射功率电平可以在能量效率方面起反作用。此外，使用数值模拟，我们表明，当发射功率是大的，模拟波束形成导致更高的频谱和能量效率相比，数字和混合波束形成方案。
2018-06-05 cs.IT math.IT
