空天地一体化网络中基于太赫兹超大规模 MIMO 的航空通信
信息论
2021-03-04 v2 信号处理
math.IT
摘要
新兴的空天地一体化网络已引发密集研究，并亟需可靠高效的航空通信。本文研究基于太赫兹超大规模（UM）-MIMO 的航空通信，并提出一种有效的信道估计与跟踪方案，该方案可解决航空太赫兹 UM-MIMO 信道特有的“三重延迟-波束-多普勒频偏效应（triple delay-beam-Doppler squint effects）”所导致的性能退化问题。具体而言，基于从导航信息获取的粗略角度估计，建立初始航空链路，其中收发端的延迟-波束频偏可通过采用分组真时延单元（GTTDU）模块（例如所设计的基于 Rotman 透镜的 GTTDU 模块）显著缓解。根据所提出的先验辅助迭代角度估计算法，可估计方位角/仰角，并利用这些角度实现精确波束对齐与细化 GTTDU 模块，以进一步消除延迟-波束频偏。随后可利用所提出的先验辅助迭代多普勒频移估计算法估计多普勒频移。在此基础上，可准确估计路径延迟与信道增益，其中多普勒频偏可通过补偿过程有效衰减。对于数据传输，开发了基于数据辅助判决反馈的信道跟踪算法来跟踪波束对齐的有效信道。当数据辅助信道跟踪失效时，将在导频辅助信道跟踪阶段利用等效稀疏数字阵列重新估计角度，其中角度模糊可基于先前估计的角度得以解决。仿真结果与推导的 Cramér-Rao 下界验证了我们所提方案的有效性。
引用
@article{arxiv.2103.01829,
title = {Terahertz Ultra-Massive MIMO-Based Aeronautical Communications in Space-Air-Ground Integrated Networks},
author = {Anwen Liao and Zhen Gao and Dongming Wang and Hua Wang and Hao Yin and Derrick Wing Kwan Ng and Mohamed-Slim Alouini},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.01829},
year = {2021}
}
备注
26 pages, 20 figures, accepted by IEEE Journal on Selected Areas in Communications