毫米波频段大规模 MIMO 通信中基于开关的混合波束成形
信号处理
2019-09-02 v2
摘要
基于开关的混合网络是大规模毫米波天线阵列波束成形的一种极具前景的实现方式。通过充分利用毫米波信道的稀疏性，与基于移相器的结构相比，这种混合波束成形降低了复杂度和功耗。然而，由于这种基于开关的结构的二值特性，在模拟域中设计最优波束成形器的难度极大。因此，我们在此提出一种为毫米波频段大规模 MIMO 通信设计基于开关的混合波束成形器的新方法。我们首先提出一种方法，通过将问题限制在秩约束子空间中来解耦模拟和数字波束成形器的联合优化。然后，我们通过两种方法逼近解：范数最大化（SHD-NM）和优化（SHD-QRQU）。在范数最大化方法中，我们提出了一种改进的序列凸规划（SCP）过程，该过程在最大化互信息的同时，处理了由 Frobenius 范数逼近对数行列式所引起的不匹配。在第二种方法中，我们利用 QR 分解得到互信息的下界。我们还引入了线性约束，以包含常用的部分连接结构。最后，我们通过几个数值例子展示了所提方法的可行性和有效性。结果表明，所提方法能够紧密跟踪无约束最优波束成形器和移相混合波束成形器提供的频谱效率，并优于竞争性的基于开关的混合波束成形器。
引用
@article{arxiv.1908.10500,
title = {Switch-based Hybrid Beamforming for Massive MIMO Communications in mmWave Bands},
author = {Hamed Nosrati and Elias Aboutanios and Xiangrong Wang and David Smith},
journal= {arXiv preprint arXiv:1908.10500},
year = {2019}
}
备注
Submitted for publication