MARS：MIMO 通信系统中用于混合波束赋形的天线与射频链选择消息传递方法
信息论
2024-05-21 v4 信号处理
math.IT
摘要
本文考虑多输入多输出（MIMO）系统中一种由若干射频（RF）链与大量天线单元组成的前瞻性接收混合波束赋形结构。鉴于传统高成本全连接，我们设计了一种采用基于低密度奇偶校验（LDPC）结构的增强型部分连接波束赋形器。得益于该 LDPC 结构，信息可在成簇的 RF/天线组间交换，从而获得低计算复杂度阶。我们设计了能够在不同路径间推断与传递信息的先进消息传递（MP）方法，以支撑该基于 LDPC 的混合波束赋形器。我们提出一种消息传递增强的天线与 RF 链选择（MARS）方案，用于最小化接收机天线与 RF 链的运行功率以及混合波束赋形开销。此外，为应对收敛速度问题，我们分别设计了 MARS 的串行与并行 MP 方案，即 MARS-S 与 MARS-P。我们设计了一种启发式遗传算法用于接收混合波束赋形，包含基因生成初始化、精英选择、交叉与变异。仿真验证了 MARS-P 与 MARS-S 算法的收敛性。由于 MARS-P 的异步信息传递，其所需功率高于 MARS-S，后者在功耗、收敛性与计算复杂度间取得了引人注目的平衡。研究还表明，所提 MARS 方案优于公开文献中采用全/部分连接架构启发式方法的现有基准，其所需功率最低且实现了最高能效。
引用
@article{arxiv.2211.03584,
title = {MARS: Message Passing for Antenna and RF Chain Selection for Hybrid Beamforming in MIMO Communication Systems},
author = {Li-Hsiang Shen and Yen-Chun Lo and Kai-Ten Feng and Sau-Hsuan Wu and Lie-Liang Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.03584},
year = {2024}
}
备注
Accepted by IEEE TCOM