Common Codebook Millimeter Wave Beam Design: Designing Beams for Both Sounding and Communication with Uniform Planar Arrays
第五代（5G）无线网络预计将利用毫米波（mmWave）频率下可用的宽带宽来提高系统吞吐量。然而，毫米波链路的不利信道条件，例如，由于大气气体或水蒸气引起的更高的路径损耗和衰减阻碍了可靠的通信。为了补偿这些严重的损失，必须有大量的天线来产生尖锐和强大的波束进行定向传输。在本文中，我们考虑毫米波系统使用均匀平面阵列（UPA）天线，有效地将更多的天线在一个二维网格。混合波束成形设置也被认为是通过仅使用几个射频链组合多个天线来生成波束。我们专注于设计一组发射波束形成器，生成适合毫米波链路方向特性的波束，假设UPA和混合波束形成。我们首先定义UPA结构的理想波束图案。每个波束形成器被构造为最小化来自对应的理想波束图案的均方误差。仿真结果表明，该码本提高了毫米波系统的波束形成可靠性和数据率。
2017-02-03 cs.IT math.IT
Statistical Channel Model with Multi-Frequency and Arbitrary Antenna Beamwidth for Millimeter-Wave Outdoor Communications
本文提出了一个三维毫米波统计信道冲激响应模型，从28 GHz和73 GHz的超宽带传播测量。提供了支持任意载波频率、RF带宽和天线波束宽度（对于全向天线和任意定向天线两者）的精确的3GPP类信道模型。时间簇和空间波瓣模型参数提取的经验分布从现场测量。用于生成信道系数的逐步建模过程被示出为与来自现场测量的统计数据一致，从而确认统计信道模型忠实地重新创建用于毫米波5G空中接口设计的空间和时间信道冲激响应。
2015-11-21 cs.IT math.IT
Position Aided Beam Alignment for Millimeter Wave Backhaul Systems with Large Phased Arrays
无线回程通信最近已经利用在毫米波（mmWave）频带中操作并实现高度定向波束成形的大天线来实现。在本文中，我们专注于毫米波回程系统中的固定位置的网络节点之间的窄波束的对齐问题，受到由于风流或地面振动的小位移。我们认为节点配备有天线阵列，能够执行模拟处理和通信，通过无线信道，包括视线组件。为了最大限度地减少所需的时间来实现波束对准，我们提出了一种有效的方法，利用节点之间的位置信息的交换来设计他们的波束形成和合并向量。与建议的波束对准方法的中断概率的一些数值结果提供了一些系统和操作参数的影响有用的初步见解。
2017-10-12 cs.IT math.IT
Frequency-Selective Hybrid Beamforming Based on Implicit CSI for Millimeter Wave Systems
混合波束形成是实现毫米波高数据率传输的一个很有前途的概念。为了在收发器中实现它，许多参考文献最佳地适应于高维多天线信道，但或多或少忽略了信道估计的复杂性。意识到接收到的耦合系数的信道和对可能的模拟波束成形向量可以用于模拟波束选择，我们进一步提出了一个低复杂度的计划，利用耦合系数来实现混合波束成形。从本质上讲，耦合系数可以被视为隐含的信道状态信息（CSI），这些耦合系数的估计产生的有效的信道矩阵的替代品的维数低得多。在计算这些有效信道矩阵的Frobenius范数之后，证明了具有最大Frobenius范数值的有效信道提供了混合波束形成问题的解决方案。
2018-02-27 cs.IT math.IT
Iterative Joint Beamforming Training with Constant-Amplitude Phased Arrays in Millimeter-Wave Communication
在毫米波通信（MMWC）中，为了补偿高传播衰减，相控阵天线通过波束形成获得阵列增益，需要对发射和接收天线阵列进行联合训练，以获得合适的天线权向量（AWV）。由于AWV的每个元素的幅度通常是约束常数，以简化设计的相控阵在MMWC，现有的基于奇异向量的波束形成训练方案不能用于这样的设备。因此，在这封信中，导向矢量为基础的迭代波束形成训练计划，它利用MMWC信道的方向性特征，提出了恒幅相控阵设备。性能评估表明，该方案实现了一个快速的收敛速度，以及一个接近最佳的阵列增益。
2015-11-07 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
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
New Beam Tracking Technique for Millimeter Wave-band Communications
在本文中，我们提出了一种有效的波束跟踪方法的移动性的情况下，毫米波波段通信。当移动场景中移动台的位置改变时，基站需要频繁地执行波束训练以跟踪时变信道，从而花费大量资源用于训练波束。为了减少训练开销，我们提出了一种新的波束训练方法，称为“波束跟踪”，它利用连续性质的时变出发角（AoD）的波束选择。我们表明，只有两个训练波束的传输是足够的跟踪时变AoD在良好的精度。我们推导出最佳的波束对的选择，最大限度地减少Cramer-Rao下界（CRLB）的AoD估计平均超过统计分布的AoD。我们的数值结果表明，所提出的波束跟踪方案产生更好的AoD估计比传统的波束训练协议与更少的训练开销。
2017-02-01 cs.IT math.IT
Throughput Optimal Beam Alignment in Millimeter Wave Networks
毫米波通信依赖于窄波束传输来应对这些频率下的强信号衰减，因此要求发射机和接收机之间精确的波束对准。为实现波束对准而引起的通信开销可能成为移动网络中的严重损害。本文讨论的问题，优化光束对准采集，以最大限度地提高吞吐量的目标。具体地，该算法使用马尔可夫决策过程的框架来联合确定专用于波束对准获取的时间部分以及在该时间部分内的最佳束搜索参数。证明了对分搜索算法是最优的，并且优于文献中提出的穷举和迭代搜索算法。光束对准阶段的持续时间被优化，以便最大化总吞吐量。数值结果表明，吞吐量，优化相对于波束对准阶段的持续时间，可实现的穷举算法下是88.3%，低于可实现的平分算法。类似地，对于除法因子为4和8的迭代搜索算法可实现的吞吐量分别比二分算法可实现的吞吐量低12.8%和36.4%。
2017-02-20 cs.IT math.IT
On Bounds of Spectral Efficiency of Optimally Beamformed NLOS Millimeter Wave Links
波束成形是毫米波（mmWave）无线通信不可或缺的特征，以便补偿由于高频操作而引起的严重路径损耗。在本文中，我们介绍了一种新的框架来评估频谱效率（SE）的非视距（NLOS）毫米波链路与最佳模拟波束成形。这里的最优性意味着在发射机和接收机处同时最大化接收功率的天线波束的联合选择。我们开发了一个数学框架的基础上，扩展Saleh-Valenzuela信道模型体现的影响，最佳模拟波束成形到NLOS毫米波链路的性能指标。实际毫米波信道的特点是稀疏的多径分量的数量，我们利用这一功能来获得上界和下界的波束形成的定向链路的SE。仿真结果表明，所提出的方法是相当准确的建模波束形成的链路在大多数实际的操作场景。我们还研究了由于天线波束训练的链路上的吞吐量（TP）的开销的影响，并获得最佳天线半功率波束宽度，最大化TP的近似解。
2017-11-23 cs.IT math.IT
Channel Fingerprint Based Beam Tracking for Millimeter Wave Communications
具有固定波束码本的波束成形结构由于低硬件成本而为毫米波（mmWave）通信提供了经济的解决方案。然而，搜索最佳波束成形配置的训练开销与码本大小成比例。为了提高波束跟踪的效率，我们提出了一个波束跟踪方案的基础上的信道指纹数据库，其中包括统计波束形成增益和用户位置之间的映射。该方案通过利用训练的波束配置并估计未训练的波束配置的增益来跟踪用户移动。仿真结果表明，该方案实现了显着的波束形成性能增益比现有的波束跟踪方案。
2019-12-25 cs.IT eess.SP math.IT
Beamforming in Millimeter Wave Systems: Prototyping and Measurement Results
论证大天线阵列波束形成的可行性对于实现毫米波通信系统是必不可少的。这是由于这些系统依赖于大阵列波束成形增益来提供足够的接收信号功率。在本文中，详细解释了在实践中证明这些收益的概念验证原型的设计。我们开发了一个毫米波系统与数字控制的模拟前端。开发的原型使用60 GHz相控阵和通用软件无线电外设（USRP）控制器。我们设计的软件界面易于复制，可用于未来的毫米波原型和演示。
2018-08-04 cs.IT math.IT
Efficient Beam Training and Channel Estimation for Millimeter Wave Communications Under Mobility
在本文中，我们提出了一种有效的毫米波（mmWave）通信波束训练技术。当某些移动用户处于高移动性时，需要频繁地进行波束训练，以保证信道状态信息的准确获取。为了减少频繁的波束训练所带来的资源开销，我们引入了一种专用波束训练策略，该策略在不改变常规波束训练周期的情况下，将训练波束分别发送给特定的高移动性用户（称为目标用户）。专用波束训练需要少量的资源，因为训练波束可以针对目标用户进行优化。为了满足低训练开销的性能要求，我们提出了最优训练波束选择策略，该策略根据目标用户的概率信道信息找到最佳波束形成向量，从而产生最小的信道估计误差。这种专用波束训练与考虑目标用户信道的稀疏特性和时间动态的贪婪信道估计算法相结合。我们的数值评估表明，所提出的方案可以保持良好的信道估计性能与显着较少的训练开销相比，传统的波束训练协议。
2018-10-07 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
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
Millimeter Wave Beamforming for Wireless Backhaul and Access in Small Cell Networks
最近，人们对新的分层网络蜂窝架构产生了相当大的兴趣，这种架构可能会使用比现在更多的小区站点。两个主要挑战将是i）向所有这些小区提供回程，以及ii）找到有效的技术来利用更高的频带用于移动接入和回程。本文提出了使用室外毫米波通信用于小区之间的回程网络和小区内的移动接入。为了克服毫米波在室外传播时的不利影响，本文研究了大型阵列的波束形成问题。然而，这样的系统将需要窄波束，增加对由杆摇摆和其他环境问题引起的移动的敏感性。为了克服这一点，我们提出了一种有效的波束对准技术，使用自适应子空间采样和分层波束码本。通过风振分析建立了光束相干时间的概念。这突出了以前未探索的阵列大小和风引起的运动之间的权衡。通常，不可能使用较大的阵列而不冒由风引起的波束失准造成的相应性能损失的风险。分析了该算法的性能，并与其他搜索和对准方法进行了比较。结果表明，显着的性能改善，减少搜索时间。
2013-06-27 cs.IT math.IT
Narrowband Channel Estimation for Hybrid Beamforming Millimeter Wave Communication Systems with One-bit Quantization
毫米波（mmWave）频谱由于其巨大的可用带宽而引起关注。毫米波频带中的高传播损耗需要使用大量天线进行波束成形。传统上，每个天线都与高速模数转换器（ADC）配对，这导致高功耗。为了降低功耗，人们提出了混合波束成形架构和一位分辨率ADC。然而，模拟波束成形和一比特量化使得信道估计更具挑战性。本文提出了一种基于广义近似消息传递（GAMP）的毫米波通信系统窄带信道估计算法。我们通过仿真表明，1）GAMP变体与一位ADC具有更好的性能比没有量化的最小二乘估计方法，2）所提出的一位GAMP算法实现了最低的估计误差的GAMP变体中，和3）利用更多的帧和RF链提高信道估计性能。
2018-05-30 cs.IT math.IT
Beampattern-Based Tracking for Millimeter Wave Communication Systems
我们提出了一种跟踪算法，以保持在毫米波（mmWave）通信系统中的基站（BS）和移动台（MS）之间的通信链路，其中天线阵列用于波束形成在BS和MS。下行链路传输被认为是，并在MS处执行跟踪，因为它相对于BS移动。具体来说，我们考虑的情况下，MS旋转迅速，由于手的运动。该算法通过使用波束的辐射图案的变化作为到达角（AoA）的函数来估计该角度。数值结果表明，该算法实现了精确的光束对准时，MS在一个很大的角速度范围内旋转。例如，当跟踪更新每10 ms可用时，该算法可以支持高达每秒800度的角速度。
2016-12-15 cs.IT math.IT
Linear Block Coding for Efficient Beam Discovery in Millimeter Wave Communication Networks
移动宽带数据需求的激增预计将超过6 GHz以下的可用频谱容量。这种期望促使了对毫米波（mm-wave）频带作为下一代无线网络的候选技术的探索。然而，在实际部署成为可能之前，需要满足部署毫米波通信系统的许多挑战，包括信道估计。这项工作解决了毫米波信道估计问题，并把它作为一个波束发现问题，其中定位强路径反射器的波束类似于线性分组码中的定位错误。我们表明，一个显着的少量的测量（相比于原始尺寸的信道矩阵）是足够的可靠地估计信道。我们还表明，这可以实现使用一个简单的和节能的收发器架构。
2017-12-19 cs.IT math.IT
Beam Discovery Using Linear Block Codes for Millimeter Wave Communication Networks
移动宽带数据需求的激增预计将超过$6$ GHz以下的可用频谱容量。这种期望促使了对毫米波（mm-wave）频带作为下一代无线网络的候选技术的探索。然而，在实际部署成为可能之前，需要满足部署毫米波通信系统的许多挑战，包括信道估计。这项工作解决了毫米波信道估计问题，并把它作为一个波束发现问题，其中定位波束与强路径反射器是类似于定位错误的线性分组码。我们表明，一个显着的少量的测量（相比于原始尺寸的信道矩阵）是足够的可靠地估计信道。我们还表明，这可以实现使用一个简单的和节能的收发器架构。
2018-05-30 cs.IT math.IT
Optimal Beam Sweeping and Communication in Mobile Millimeter-Wave Networks
毫米波（mm波）通信在诸如车载网络的移动场景中引起高波束对准成本。因此，需要有效的光束对准机制来减轻所产生的开销。在本文中，提出了一个一维的移动性模型，移动用户（MU），如车辆，沿直线道路移动随时间变化和随机的速度，并与位于路边的基站（BS）在毫米波波段进行通信。为了补偿位置不确定性，BS加宽其传输波束，并且当达到临界波束宽度时，BS执行波束扫描以细化MU位置估计，随后通过窄波束进行数据通信。以闭合形式计算平均速率和平均发射功率，并导出通信的最佳波束宽度、扫描波束数目和发射功率分配，以便在平均功率约束下最大化平均速率。证明了最优设计的结构性质，设计了确定最优扫频通信参数的二分法。数值结果表明，IEEE 802.11ad标准的适应所提出的模型表现出高达90%的频谱效率相比，所提出的计划退化。
2018-01-28 cs.IT math.IT
Hybrid Analog-Digital Beamforming for Multiuser MIMO Millimeter Wave Relay Systems
提出了一种新的用于多用户毫米波中继系统的模数混合波束形成方法。对于这个系统，我们考虑一个和率最大化问题。所提出的混合波束形成的设计间接考虑了和均方误差（MSE）最小化问题，同时利用数字波束形成的解决方案。为此，我们假设数字波束形成利用众所周知的块对角化（BD）方法。在这种假设下，我们解决我们的问题如下：首先，我们制定的和速率最大化问题的混合和数字波束成形设计的接收信号之间的MSE最小化。然后利用压缩感知技术设计了源、中继和各目的节点的混合波束赋形。仿真结果表明，所提出的混合波束形成设计的性能非常接近的数字之一。此外，我们还研究了射频（RF）链和路径的数量以及到达角（AoA）和离开角（AoD）估计器的精度对混合波束成形设计的总速率的影响。计算机模拟揭示，当RF链和路径的数量增加（或AoA（AoD）估计器的精度提高）时，混合波束成形的总和速率增加。
2015-11-11 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
Machine Learning-based Beamforming Design for Millimeter Wave IRS Communications with Discrete Phase Shifters
本文研究了一种智能反射面辅助的毫米波多输入单输出下行无线通信系统。通过联合计算基站处的主动波束形成和IRS处的被动波束形成，我们的目标是在每个用户的信号与干扰加噪声比的约束下最小化发射功率。为了解决这个问题，我们提出了一个低复杂度的机器学习的交叉熵（CE）算法交替优化的主动波束形成和被动波束形成。具体地，在交替迭代过程中，迫零（ZF）方法和CE算法分别被应用于获得主动波束形成和被动波束形成。CE算法从随机采样开始，通过分布聚焦的思想，即通过最小化CE使分布向期望的方向移动，可以以足够高的概率获得接近最优的反射系数。此外，我们扩展了原来的一位相移在IRS的高分辨率相移的常见情况下，以提高算法的有效性。仿真结果表明，该算法能以较低的计算复杂性获得近似最优解。
2022-03-10 cs.IT math.IT
Millimeter Wave Location-Based Beamforming using Compressive Sensing
本文提出了一种基于位置的模拟波束形成（BF）技术，使用压缩感知（CS）是可行的毫米波（mmWave）无线通信系统。所提出的方案是基于利用CS和本地化的好处，以减少毫米波波束成形（BF）的复杂性和提高其性能相比，传统的毫米波模拟BF技术。CS理论用于利用毫米波传播信道的稀疏性质来估计毫米波信道的出发角（AoD）和到达角（AoA），并且知道节点位置有效地减少了构造感测矩阵所需的BF向量的数量。因此，可以获得具有低待用时间的高精度毫米波BF。仿真分析证实了所提出的毫米波BF技术的高效率相比，传统的穷举搜索BF和CS基于BF没有定位使用随机测量
2018-08-04 cs.IT math.IT
Hybrid Beamforming for 5G Millimeter-Wave Multi-Cell Networks
多小区无线系统通常遭受小区内和小区间干扰，这可以经由协作多点（CoMP）技术来减轻。先前关于微波频带的多小区分析的工作通常考虑全数字波束成形，其需要每个天线后面的完整射频链，这对于毫米波（mmWave）系统不太实际，在毫米波（mmWave）系统中，需要大量天线来提供足够的波束成形增益并使得能够发送和接收每个用户的多个数据流。本文提出了四种模拟和数字混合波束形成方案的多小区多用户多流毫米波通信，利用CoMP。频谱效率性能的建议的混合波束形成方法进行了研究和比较，使用第三代合作伙伴计划和NYUSIM信道模型。仿真结果表明，基于最大化信号泄漏噪声比的多点协作可以提高频谱效率，不同波束形成方法之间的频谱效率差距取决于干扰水平，而干扰水平受小区半径和每个小区的用户数的影响。
2018-03-11 cs.IT math.IT
Hierarchical Codebook Design for Beamforming Training in Millimeter-Wave Communication
在毫米波通信中，需要大型天线阵列通过利用窄波束朝向彼此转向来实现高功率增益，这提出了在Tx和Rx侧在角度域中有效地搜索最佳波束方向的问题。由于穷举搜索耗时较长，分层搜索已被广泛接受，以降低复杂度，其性能高度依赖于码本设计。在本文中，我们提出了两个基本标准的分层码本设计，并设计了一个有效的分层码本，通过联合利用子阵列和去激活（关闭）天线处理技术，其中提供了封闭形式的表达式来生成码本。在不同的系统和渠道模型下进行性能评估。结果表明，所提出的码本优于现有的替代品。
2016-01-18 cs.IT math.IT
Online Learning for Position-Aided Millimeter Wave Beam Training
针对毫米波波束扫描开销大的问题，本文基于多臂老虎机提出风险感知UCB波束对选择与改进乐观优化波束细化算法，可在线快速学习位置辅助波束并在低训练预算下超过穷举搜索性能。
2019-01-12 cs.IT math.IT
Random Beamforming in Millimeter-Wave NOMA Networks
本文研究了第五代（5G）移动网络的两种关键使能技术之间的共存，即非正交多址（NOMA）和毫米波（mmWave）通信。特别地，本文考虑将随机波束成形应用于所述mmWave-NOMA场景，以避免基站知道所有用户的信道状态信息的要求。随机几何被用于通过使用毫米波系统的关键特征来表征所提出的毫米波-NOMA传输方案的性能，例如，毫米波传输是高度定向的，潜在的阻塞将使用户分布变薄。还提出了两种随机波束形成方法，可以进一步降低系统开销的毫米波-NOMA通信的情况下，他们的性能进行了研究，通过开发的分析结果的总和率和中断概率。仿真结果也证明了所提出的mmWave-NOMA传输方案的性能，并验证了所开发的分析结果的准确性。
2017-03-16 cs.IT math.IT
Adaptive Beam Tracking with the Unscented Kalman Filter for Millimeter Wave Communication
用于5G蜂窝技术的毫米波（mmWave）通信链路需要高波束成形增益来克服信道损伤并实现高吞吐量。虽然许多工作集中在估计毫米波信道和设计波束成形方案上，但毫米波信道的时间动态性质很快使估计变得陈旧并增加探测开销。我们对毫米波信道的基本时间动态状态空间进行建模，并设计适合于在卡尔曼滤波框架中进行跟踪的探测波束形成器。给定初始信道估计，滤波有效地导致精确的估计，并且允许在数据传输期间针对更高的持续波束成形增益的前向预测。从跟踪的先验信道估计，自适应选择的最佳和受约束的次优波束减少探测开销，同时最大限度地减少估计误差。
2018-04-23 cs.IT eess.SP math.IT
Explore and Eliminate: Optimized Two-Stage Search for Millimeter-Wave Beam Alignment
发射器（Tx）和接收器（Rx）波束的快速和准确对准是实现可靠的室外毫米波通信的基本设计挑战。在本文中，我们提出了一种新的优化两阶段搜索（OTSS）算法的Tx-Rx波束对准通过空间扫描。与一次性穷举搜索相比，OTSS明智地将训练能量预算分为两个阶段。在第一阶段中，OTSS探索并训练所有候选波束对，然后消除从接收到的信号轮廓中学习到的一组不太有利的对。在第二阶段，OTSS对每个幸存的对进行额外的测量，并与先前的测量相结合以确定最佳的一个。对于OTSS，我们推导出一个上界的失准概率，在一个单路径信道模型与训练码本具有理想的波束图案。我们还描述了衰减率函数的上限相对于训练预算，并进一步推导出最大化衰减率的OTSS的最佳设计参数。OTSS被证明渐近优于国家的最先进的波束对准算法，并在数值上显示，以实现更好的性能与有限的训练预算和实际合成的波束。
2019-06-19 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
Ray-of-Arrival Passing for Indirect Beam Training in Cooperative Millimeter Wave MIMO Networks
研究了多小区毫米波无线系统中的信道估计问题。我们开发了一种新的到达射线传递间接（RAPID）波束训练框架，其中由多个BS组成的网络能够协同工作，以联合估计UE信道。为了实现这一目标，我们考虑毫米波环境的空间几何形状，并将传统的角域波束成形概念转换为更欧几里德的、基于射线的域。利用该模型，我们然后考虑在每个方向上接收导频信号的条件概率，假定每个BS的部署对于网络是已知的。仿真结果表明，RAPID算法能够提高网络的平均估计值，显著提高网络中质量较差链路的比率。此外，我们还表明，当覆盖率阈值被认为是，RAPID是能够大大提高的概率，多个链路选项将提供给用户在任何给定的时间。
2018-04-28 cs.IT math.IT
Turbo-Like Beamforming Based on Tabu Search Algorithm for Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
对于毫米波（mmWave）大规模MIMO系统，通常采用基于码本的模拟波束成形（包括发射预编码和接收合并）来补偿mmWave信号的严重衰减。然而，传统的波束成形方案涉及在预定义的码本中进行复杂的搜索以找出模拟预编码器和模拟组合器的最佳对。针对这一问题，本文将Turbo均衡器的思想与禁忌搜索（TS）算法相结合，提出了一种基于TS的Turbo-like波束形成方案，称为Turbo-TS波束形成，以实现低复杂度的近最优性能。具体而言，Turbo-TS波束形成方案由以下两个关键部分组成：1）基于基站和用户之间的迭代信息交换，设计了一种Turbo-like联合搜索方案，以找到模拟预编码器和模拟合并器的近最优对; 2）受人工智能中发展起来的TS算法思想的启发，我们提出了一种基于TS的预编码/合并方案，以在具有低复杂度的Turbo式联合搜索的每次迭代中智能地搜索最佳预编码器/合并器。分析表明，所提出的Turbo-TS波束形成可以大大降低搜索复杂度，仿真结果验证了它可以达到接近最优的性能。
2015-07-16 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
Randomly-Directional Beamforming in Millimeter-Wave Multi-User MISO Downlink
本文研究了毫米波多用户多输入单输出下行链路系统中的随机定向波束形成。基于均匀随机视距（UR-LoS）信道模型，利用渐近方法分析了毫米波MISO中RDB的性能和MU增益。它表明，存在一个过渡点上的用户数量相对于天线元件的数量的非平凡性能的RDB计划，并且此外，在UR下可以实现任意接近于相对于天线元件的数量的线性缩放的和速率缩放。如果用户数相对于天线数线性增加，则通过适当的用户调度的机会随机波束形成的LoS信道模型元素所提供的结果产生的见解最有效的波束成形和调度选择毫米波MU-MISO在各种操作条件下。仿真结果验证了我们的分析的基础上渐近技术有限的情况下。
2015-06-09 cs.IT math.IT
Directional Frame Timing Synchronization in Wideband Millimeter-Wave Systems with Low-Resolution ADCs
在本文中，我们提出并评估了一种新的波束成形策略，用于宽带毫米波（mmWave）系统中的定向帧定时同步，该系统采用低分辨率模数转换器（ADC）。在所采用的系统模型中，我们假设在基站处配备的多个射频链在模拟域中同时形成多个同步波束。我们制定相应的定向帧定时同步问题作为一个最大最小多播波束形成问题下的低分辨率量化。我们首先表明，制定的问题不能有效地解决传统的基于单流波束成形的方法，由于大的量化损失和有限的波束码本分辨率。然后，我们开发了一种新的多波束探测为基础的定向同步策略，目标是最大限度地提高所有用户之间的最小接收同步信号量化加噪声比（SQNR）。利用一个共同的同步信号结构设计，所提出的方法合成一个有效的复合波束从同时探测波束，以更好地权衡波束形成增益和量化失真。数值结果表明，对于宽带毫米波系统与低分辨率ADC，我们提出的方法的定时同步性能优于现有的方法，由于在接收同步SQNR的改善。
2018-09-08 cs.IT math.IT
On the Beamformed Broadcast Signaling for Millimeter Wave Cell Discovery: Performance Analysis and Design Insight
丰富频谱的可用性使毫米波（mm-wave）成为下一代蜂窝网络的重要候选解决方案。高度定向的传输对于毫米波段的开发是必不可少的，以补偿高传播损耗和衰减。然而，定向传输需要针对mm波初始小区发现的特定设计，因为常规全向广播信令可能无法递送小区发现信息。为了解决这个问题，本文提供了一个分析框架，毫米波波束形成的小区发现的基础上的信息理论方法。考虑四个基本的和有代表性的广播信令方案的设计选项进行比较，以评估发现延迟和信令开销。然后在真实的系统参数下对该方案进行了仿真。分析和仿真结果揭示了四个关键发现：（i）对于不知道信标定时的小区发现，模拟/混合波束成形在小区发现延迟方面表现得与数字波束成形一样好;（ii）单波束穷举扫描优化了延迟，但导致开销损失;（iii）多波束同时扫描可以显著减少开销，并且提供实现延迟和开销之间的折衷的灵活性;（iv）等待时间和开销对极低的块出错率相对不敏感。
2017-09-25 cs.IT math.IT
Antenna Placement and Performance Tradeoffs with Hand Blockage in Millimeter Wave Systems
毫米波系统的正在进行的商业部署使形状因子用户设备（UE）设计中的许多实际问题成为焦点。随着波长变得更小，天线增益模式变得定向，并且链路预算严重依赖于波束成形，为了良好的性能，在UE的不同位置处使用多个天线模块变得势在必行。虽然更多的天线/模块可以增强波束成形阵列增益，但它带来了更高的组件成本、相关联的射频电路的功耗以及在学习适当的波束权重时的波束管理开销的折衷。因此，良好UE设计的目标是以低波束管理开销、复杂度和成本在UE周围的整个球体上提供与良好阵列增益相对应的鲁棒球形覆盖。本文的范围是研究两种流行的商用毫米波UE设计（正面和边缘设计）对球面覆盖的影响。我们表明，模拟波束码本可以导致两种设计的良好性能，和边缘设计提供了一个更好的权衡稳健的性能（手阻塞），波束管理开销，从天线放置的角度来看，实现复杂性和成本。
2019-01-04 cs.IT math.IT
Joint Power Allocation and Beamforming for Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) in 5G Millimeter-Wave Communications
在本文中，我们探讨毫米波（mmWave）通信（mmWave-NOMA）中的非正交多址（NOMA）。特别是，我们考虑一个典型的问题，即，2用户mmWave-NOMA系统的和速率的最大化。在这个问题中，我们需要找到波束成形向量，以同时转向两个用户，同时受到模拟波束成形结构的影响，同时为它们分配适当的功率。由于问题是非凸的，可能不会被转换为一个凸的问题，简单的操作，我们提出了一个次优的解决方案，这个问题。其基本思想是将原始的联合波束赋形和功率分配问题分解为两个相对容易求解的子问题：一个是功率和波束增益分配问题，另一个是恒模约束下的波束赋形问题。还讨论了所提出的解决方案从2用户mmWave-NOMA到更多用户mmWave-NOMA的扩展。通过大量的性能评估验证了该方案的合理性，结果表明，该次优方案获得了接近于有界的和速率性能，明显优于时分多址（TDMA）方案。
2017-11-04 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Interactive Beam-Alignment for Millimeter-Wave Networks
毫米波由于其丰富的带宽资源，将成为下一代无线网络的关键技术。然而，使用具有波束成形的大型天线阵列需要发射器和接收器之间的精确波束对准，并且在移动环境中可能需要巨大的开销。本文研究了一种最优的交互式波束对准和数据通信协议的设计，其目标是在最小速率约束下最小化功耗。基站基于来自用户端的反馈选择波束对准或数据通信以及波束参数。基于扇形天线模型和均匀的出发角和到达角（AoD/AoA）的先验，一个固定长度的波束对准阶段，随后的数据通信阶段的最优性进行了论证。此外，一个解耦的分数波束对准方法被证明是最佳的，随着时间的推移，AoD和AoA的对准，并迭代扫描一小部分的不确定性区域。提出了一种启发式策略，非均匀先验的AoD/AoA，可证明的性能保证，它表明，均匀的先验是最坏的情况下。由于检测错误的性能下降进行了研究分析，并通过仿真。模拟波束的数值结果分别描述了最先进的二分法、传统和交互式穷举搜索策略的4dB、7.5dB和14 dB增益，并表明扇区模型为波束对准设计提供了有价值的见解。
2018-12-07 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
Adaptive Millimeter Wave Beam Alignment for Dual-Polarized MIMO Systems
预期第五代无线系统使用异构蜂窝网络内的小小区在毫米波（mmWave）频率下采用多天线通信。毫米波的高路径损耗以及物理障碍物使通信具有挑战性。为了补偿严重的路径损耗，毫米波系统可以采用波束对准算法，该算法通过对准多个天线阵列的波束方向来促进高度定向的传输。本文讨论了采用双极化天线的毫米波系统。首先，我们提出了一个实用的软决策波束对准（软对准）算法，利用正交极化。通过并行探测正交极化，放松了训练序列Welch界的相等性准则。第二，模拟波束成形系统适于毫米波链路的定向特性，假设高莱斯K因子和差散射环境。软算法使得毫米波系统能够将无数窄波束对准信道子空间，以尝试有效地扫描毫米波信道。第三，我们提出了一种方法来有效地适应信道探测观测的数量，以特定的信道环境的基础上的波束失准的近似概率。仿真结果表明，所提出的自适应探测时间的软对准算法有效地利用极化分集扫描移动用户的信道子空间。
2015-05-18 cs.IT math.IT
Wideband Channel Estimation for Hybrid Beamforming Millimeter Wave Communication Systems with Low-Resolution ADCs
潜在的巨大频谱资源使毫米波通信成为一项很有前途的技术。由于用于波束成形以克服大的传播损耗的大量天线和模数转换器（ADC）而导致的高功耗在实践中是有问题的。由于混合波束成形架构和低分辨率ADC被认为可以降低功耗，因此毫米波信道的估计变得具有挑战性。我们评估了几种信道估计算法的宽带毫米波系统的混合波束形成和低分辨率ADC。通过仿真，我们表明：1）在感兴趣的SNR范围内，具有最小二乘估计的无限位ADC的信道估计性能比具有正交匹配追踪（OMP）的1位ADC差，2）当使用OMP时，三位和四位量化器可以实现接近未量化情况的信道估计性能，3）如果利用足够的帧，则具有单个RF链的接收器可以产生比具有四个RF链的接收器更好的估计，以及4）对于一位ADC，利用更高的发射功率和更多的帧来增强性能在某个点之后对估计性能产生不利影响。
2017-10-29 cs.IT math.IT
A New Codebook Design for Analog Beamforming in Millimeter-wave Communication
在这项研究中，我们分析了用于模拟波束形成的码本设计。模拟波束成形和组合受到子空间采样限制，也就是说，接收器不能直接观察信道系数;相反，接收器观察到它们的加权组合的噪声版本。为了解决这个问题，发射机和接收机通常在波束扫描过程中协作以确定最佳波束形成器组合器对。这通过评估从预定义码本中选择的有限数量的码字来完成。在这项研究中，我们提出了一个新的框架的启发广义劳埃德算法设计模拟波束成形码本，优化各种性能指标，包括平均波束成形增益，中断，和平均数据率。我们的框架的灵活性，使我们能够设计波束形成码本的任何阵列形状，包括均匀的线性和平面阵列。模拟波束形成中的另一个实际复杂性是移相器的低分辨率。因此，我们已经扩展了我们的算法，以创建量化码本，优于现有的码本文献。我们也提供了大量的模拟，以验证我们提出的码本的优越性相比，现有的码本。
2020-02-10 cs.IT math.IT
Beamspace Channel Estimation for Millimeter-Wave Massive MIMO Systems with Lens Antenna Array
通过采用透镜天线阵列，波束空间MIMO可以利用波束选择来减少毫米波大规模MIMO系统中所需的RF链的数量，而不会有明显的性能损失。然而，要实现接近容量的性能，波束选择需要大尺寸波束空间信道的准确信息，这是一个挑战，特别是当RF链数量有限时。为了解决这个问题，在本文中，我们提出了一种基于可靠支持检测（SD）的信道估计方案。具体来说，我们建议将总波束空间信道估计问题分解为一系列子问题，每个子问题只考虑一个稀疏信道分量。对于每个通道组件，我们首先利用毫米波波束空间通道的结构特征可靠地检测其支持。然后，从总波束空间信道估计问题中去除该信道分量的影响。在检测到所有信道分量的支持度后，稀疏波束空间信道的非零元素可以以较低的导频开销进行估计。仿真结果表明，提出的基于SD的信道估计方法优于传统的信道估计方法，即使在低信噪比区域也具有令人满意的精度。
2016-07-18 cs.IT math.IT
Hybrid Beamforming and Adaptive RF Chain Activation for Uplink Cell-Free Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
在这项工作中，我们研究了混合模拟数字波束成形（HBF）架构的上行链路无小区（CF）毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）系统。{We首先提出了两种HBF方案，即分散式HBF（D-HBF）和半集中式HBF（SC-HBF）。在前者中，基于本地信道状态信息（CSI）在每个AP处独立地生成数字和模拟波束形成器。相比之下，在后者中，仅在AP处本地获得数字波束形成器，而在中央处理单元（CPU）处基于从所有AP接收的全局CSI生成模拟波束形成矩阵。我们表明，在这两个HBF方案中生成的模拟波束形成器提供了大致相同的可实现速率，尽管D-HBF的复杂度较低，并且缺乏CSI要求。此外，为了降低功耗，我们提出了一种新的自适应射频（RF）链激活（ARFA）方案，该方案基于CSI动态激活/停用AP处的RF链及其连接的模数转换器（ADC）和移相器（PS）。对于RF链的激活，提出了低复杂度的算法，其可以在总可实现速率中仅具有边际损失的情况下实现能量效率（EE）的显著改善。
2021-04-30 cs.IT math.IT
Initial Beam Association in Millimeter Wave Cellular Systems: Analysis and Design Insights
实现毫米波（mmWave）蜂窝系统的高数据率需要在基站和移动用户处部署大型天线阵列。这些大型阵列的波束成形权重需要被调谐以保证足够的波束成形增益。毫米波蜂窝网络的覆盖范围和速率的先前工作主要集中在基站和移动用户波束成形向量被完美地设计用于最大波束成形增益的情况下。然而，设计波束成形/组合向量需要训练，这可能影响毫米波蜂窝系统的SINR覆盖和速率。本文描述和评估毫米波蜂窝网络的性能，同时考虑波束训练/关联开销。首先，基于波束扫描和下行链路控制导频重用，开发了用于初始波束关联的模型。为了将波束训练的影响纳入系统性能，定义并采用了一种新的度量，称为有效可靠率。使用随机几何，毫米波蜂窝网络的有效可靠率推导出两种特殊情况下：与近正交的控制导频和与全导频复用。分析和仿真结果提供了三个重要问题的答案的见解：（i）波束关联对毫米波网络性能的影响是什么？(ii)在初始波束关联阶段应该采用正交还是复用的控制导频？(iii)波束训练阶段应该采用穷举搜索还是分层搜索？结果表明，除非采用的波束非常宽或系统相干块长度非常小，否则，完全导频重用的穷举搜索几乎与完美的波束对准一样好。
2016-02-21 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
Millimeter-Wave Beam Search with Iterative Deactivation and Beam Shifting
毫米波（mmWave）通信依赖于高度定向的波束来对抗严重的传播损耗。本文提出了一种基于空间扫描的自适应束搜索算法--迭代去激活和束移算法（IDBS），用于毫米波波束对准。IDBS不需要诸如信噪比（SNR）和信道统计之类的预先信息，并且将训练开销与未知的SNR相匹配以实现令人满意的性能。该算法通过使用基于均匀不适当先验的贝叶斯概率准则来逐渐停用波束来工作，其中波束停用可以通过需要计算低次多项式或通过查找表进行搜索的低复杂度操作来实现。数值结果表明，IDBS适应不同的传播场景，如视线和非视线和不同的信噪比。与现有的具有固定训练开销的非自适应算法相比，它可以在训练开销和波束对准精度之间实现更好的权衡。
2020-05-03 cs.IT eess.SP math.IT
Inverse Multipath Fingerprinting for Millimeter Wave V2I Beam Alignment
有效的波束对准是具有模拟波束形成的毫米波系统中的关键组成部分，特别是在快速变化的车辆环境中。本文提出了一种位置辅助方法，其中车辆的位置（例如，可通过GPS获得）用于查询多径指纹数据库，该数据库提供了用于可靠波束对准的潜在指向方向的先验知识。该方法是指纹定位的逆，其中将测量的多径签名与指纹数据库进行比较以检索最可能的位置。引入功率损失概率作为量化未对准精度的度量，并用于优化候选波束选择。两个候选波束选择方法的开发，其中一个是启发式的，而另一个最大限度地减少错位概率。建议的光束对准评估使用从商业射线跟踪模拟器产生的逼真的通道。使用所生成的信道，提供了广泛的调查，其中包括所需的测量样本大小，以建立一个有效的指纹，测量噪声的影响，流量密度的变化的灵敏度，和波束对准开销与IEEE 802.11ad作为基线的比较。使用波束相干时间的概念，这是两个连续的波束对准之间的持续时间，和IEEE 802.11ad的参数，在移动性上下文中的开销进行比较。结果表明，虽然所提出的方法提供了更大的天线阵列的增加速率，IEEE 802.11ad由于较大的波束训练开销而具有降低的速率，所述波束训练开销消耗了大部分波束相干时间，所述波束相干时间随着移动性的增加而变短。
2017-09-17 cs.IT math.IT
Hybrid Beamforming for Millimeter Wave MIMO Integrated Sensing and Communications
在这封信中，我们认为毫米波（mmWave）MIMO通感一体化（ISAC）的混合波束成形。以目标雷达波束方向图为目标，在满足通信用户信干噪比（SINR）和双功能雷达通信基站总发射功率的约束下，设计了双功能雷达通信基站的发射波束。为了提供额外的自由度的波束设计问题，我们引入了一个相位矢量的目标波束方向图，并提出了一个交替的最小化方法来迭代优化发射波束和相位矢量，其中涉及二阶锥规划和约束最小二乘估计，分别。然后基于设计的发射波束，在毫米波MIMO中移相器网络的恒包络约束下，仍然采用交替最小化方法，确定模拟波束形成器和数字波束形成器。仿真结果表明，在相同的通信用户信干噪比约束条件下，较大的天线阵列可以获得更好的雷达波束质量。
2022-03-12 cs.IT eess.SP 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
Reliable Beamspace Channel Estimation for Millimeter-Wave Massive MIMO Systems with Lens Antenna Array
采用透镜天线阵列的毫米波大规模MIMO通过波束选择可以大大减少所需的射频（RF）链路数量。然而，波束选择要求基站获得准确的波束空间信道信息。这是一项具有挑战性的任务，因为波束空间信道的大小很大，而RF链的数量有限。本文研究了毫米波透镜天线阵列大规模MIMO系统的波束域信道估计问题。具体而言，首先设计了一种适用于透镜天线阵列的毫米波大规模MIMO系统的自适应选择网络，并在此网络的基础上，将波束空间信道估计问题转化为稀疏信号恢复问题。然后，充分利用毫米波波束空间信道的结构特点，提出了一种性能可靠、导频开销小的基于支持检测（SD）的信道估计方案。最后，性能和复杂度的分析，证明所提出的SD为基础的信道估计方案可以估计稀疏波束空间信道的支持与传统的计划相当或更高的精度。仿真结果表明，该方法能够充分利用波束域信道的结构特性，即使在低信噪比区域，也能获得较好的信道估计性能。
2017-08-24 cs.IT math.IT
