多用户与非完美信道状态信息下采用低分辨率 ADC 的混合波束成形与数字波束成形之比较
信息论
2018-07-04 v1 math.IT
摘要
对于 5G 而言，利用可用的毫米波频段将非常重要。为了实现与最先进的蜂窝系统相当的有效天线孔径的近似全向覆盖，移动台和基站都需要天线阵列。由于 CMOS 中可用于 mmWave 的大带宽和低效放大器，具有大量天线的接收机模拟前端尤其耗电。降低功耗有两种主要解决方案：混合波束成形和采用低分辨率模数转换器（ADC）的数字波束成形。本文在实际系统约束下比较了两种系统的频谱效率和能量效率。我们考虑了信道估计、发射机损伤以及多个同时用户的影响。我们的功耗模型考虑了文献中报道的 60 GHz 组件。与许多其他工作不同，我们还考虑了量化误差的相关性，并将其建模推广到非均匀量化器和每个天线采用不同量化器的情况。结果表明，随着 SNR 增大，实现最佳能量效率所需的 ADC 分辨率也随之增大。在高 SNR 下能量效率在 5 比特分辨率时达到峰值，这是由于其他限制因素导致可达到的速率在该分辨率下几乎饱和。我们还表明，在多用户场景下，数字波束成形在任何情况下都比混合波束成形更具能效。此外我们证明，如果使用不同的 ADC 分辨率，我们可以在功耗和速率之间实现任何期望的折中，且接近仅使用单一 ADC 分辨率所达到的折中。
引用
@article{arxiv.1709.09047,
title = {A Comparison of Hybrid Beamforming and Digital Beamforming with Low-Resolution ADCs for Multiple Users and Imperfect CSI},
author = {Kilian Roth and Hessam Pirzadeh and A. Lee Swindlehurst and Josef A. Nossek},
journal= {arXiv preprint arXiv:1709.09047},
year = {2018}
}
备注
Submitted to JSTSP. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1610.02909