相关大规模 MIMO 系统中用于信道估计的混合模拟与数字波束成形设计

在本文中，我们研究具有减少数量的射频（RF）链的相关大规模多输入多输出（MIMO）系统中的信道估计问题。重要的是，除信道相关矩阵的知识外，我们对信道结构不作任何假设。为应对 RF 链数量的限制，我们采用混合波束成形，其由低维数字波束成形器后接使用移相器实现的模拟波束成形器组成。由于每个发射/接收天线没有专用 RF 链，全数字系统的常规信道估计技术不切实际。通过利用信道项在其特征域中不相关这一事实，我们试图在该域中估计信道项。由于 RF 链数量有限，信道估计通常在多个时隙中执行。在总能量预算下，我们旨在设计每个训练时隙中的混合发射波束成形器（预编码器）与接收波束成形器（合并器），以使用最小均方误差准则估计信道。为此，我们在每个时隙选择分别对齐于发射端与接收端特征方向的预编码器与合并器。进一步，我们推导了每个时隙最优能量分配的注水型表达式。该表达式表明，在较低训练能量预算下，仅需估计信道的重要分量；相反，在较大训练能量预算下，能量几乎均匀分布于所有特征方向。仿真结果显示，所提信道估计方案能在少量训练时隙内高效估计相关大规模 MIMO 信道。