基于 Prony 的角延迟域信道预测解决大规模 MIMO 中的移动性诅咒
信息论
2020-05-11 v2 信号处理
math.IT
摘要
大规模 MIMO 被广泛宣扬为第五代（5G）及更先进移动通信的赋能技术。理论上，基站（BS）天线的大量冗余承诺了前所未有的频谱效率增益。遗憾的是，在工业测试初期出现了一个实际挑战，威胁到大规模 MIMO 的实际部署：用户移动性引起的信道多普勒。事实上，测试团队报告称，在中度移动性场景（例如用户设备（UE）速度为 30 km/h）下，性能相比低移动性场景下降高达 50%，该问题根源于大规模 MIMO 对此信道多普勒的极度敏感，且未被许多相关理论论文预见。为应对这一“移动性诅咒”，我们提出一种新颖的信道预测方法，称为基于 Prony 的角延迟域（PAD）预测，其建立在对多径特定角度-延迟-多普勒结构的利用之上。具体而言，我们的方法依赖于 5G 背景下出现的高角延迟分辨率。理论分析表明，当基站天线数与带宽较大时，只要有两个足够准确的先前信道样本，我们的 PAD 算法预测误差对于任意 UE 速度水平均收敛至零。此外，当信道样本不准确时，我们提出将 PAD 算法与基于子空间结构和信道观测长期统计的信道估计阶段去噪方法相结合。仿真结果显示，在 3GPP 丰富散射环境的现实信道模型下，我们所提方法能够克服该挑战，甚至逼近信道完全不变化的静止场景性能。
引用
@article{arxiv.1912.11330,
title = {Addressing the curse of mobility in massive MIMO with Prony-based angular-delay domain channel predictions},
author = {Haifan Yin and Haiquan Wang and Yingzhuang Liu and David Gesbert},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.11330},
year = {2020}
}
备注
15 pages, 7 figures, to appear in IEEE Journal on Selected Areas in Communications