基于克罗内克分解的毫米波大规模 MIMO 系统混合波束成形
信息论
2017-04-13 v1 math.IT
摘要
尽管性能增益可观，毫米波（mmWave）大规模 MIMO 的实现仍面临若干实际挑战。特别是，在数字域实现大规模 MIMO 需要数百个与天线数量匹配的射频（RF）链。此外，设计这些组件以在毫米波频率下工作具有挑战性且成本高昂。这些促使了近期混合波束成形（hybrid-beamforming）的发展，其中 MIMO 处理被分开在模拟域和数字域实现，分别称为模拟波束成形和数字波束成形。使用相控阵的模拟波束成形在波束成形系数上引入了单位模约束，使得传统 MIMO 技术不再适用，需要新的设计。在本文中，我们提出一种用于稀疏传播路径表征的毫米波信道上多小区多用户大规模 MIMO 系统的混合波束成形的系统化设计框架。该框架依赖于将模拟波束成形向量和路径观测向量分解为作为单位模向量的因子的克罗内克积（Kronecker products）。利用克罗内克混合积的性质，模拟波束成形器的不同因子被设计用于消除干扰路径或相干合并数据路径。此外，为实现所提混合波束成形，设计了一种信道估计方案。该方案通过模拟波束扫描估计数据和干扰路径的到达角（AoA），并通过模拟波束导向估计数据路径增益。分析了该信道估计方案的性能。特别地，由波束扫描产生的 AoA 频谱（其显示路径在 AoA 范围内的幅度分布）以闭合形式导出。结果表明，小区间干扰水平随阵列尺寸、导频序列长度的平方根以及路径间空间分离的反比而衰减。
引用
@article{arxiv.1704.03611,
title = {Hybrid Beamforming via the Kronecker Decomposition for the Millimeter-Wave Massive MIMO Systems},
author = {Guangxu Zhu and Kaibin Huang and Vincent K. N. Lau and Bin Xia and Xiaofan Li and Sha Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1704.03611},
year = {2017}
}
备注
Submitted to IEEE JSAC Special Issue on Millimeter Wave Communications for Future Mobile Networks, minor revision