Hybrides Beamforming für mm-Wellen Massive MIMO-Systeme mit teilweise verbundenem RF-Architektur

Zusammenfassung Um die Kapazitätsanforderungen zukünftiger mobiler Systeme zu erfüllen, können untergenutzte Millimeterwellenfrequenzen effizient genutzt werden, indem massive Multiple Input-Multiple Output (MIMO) Technologie mit hochdirektivem Beamforming eingesetzt wird. Hybrides analog-digitales Beamforming wurde als vielversprechender Ansatz für großflächige MIMO-Implementierungen mit einer reduzierten Anzahl kostspieliger und leistungsintensiver Funkfrequenz (RF) Ketten anerkannt. Im Vergleich zu vollständig verbundenen Architekturen ist hybrides Beamforming (HBF) mit teilweise verbundenen RF-Architekturen besonders attraktiv für die praktische Umsetzung, da es weniger komplexe RF-Leistungsaufteilungs- und Kombinierungsnetzwerke erfordert. In diesem Papier formulieren wir zunächst die Probleme der Ratenmaximierung für Einzel- und Mehrbenutzer als gewichtete minimale mittlere Quadratfehler (WMMSE) und leiten Lösungen für hybride Beamformer unter Verwendung von alternierender Optimierung ab. Die Algorithmen sind für die Vollarray- und Teilarray-basierten Verarbeitungsstrategien der teilweise verbundenen HBF-Architektur konzipiert. Darüber hinaus schlagen wir Algorithmen mit geringerem Aufwand für das Teilarray-basierte Nullstellenforcing vor. Die Leistung der vorgeschlagenen Algorithmen wird in zwei verschiedenen Kanalmodellen, einem einfachen geometrischen Modell und einem realistischen statistischen Modell, evaluiert. Die Leistungsergebnisse der WMMSE HBF-Algorithmen sollen das Potenzial von teilweise verbundenen HBF aufzeigen und als obere Schranken für weniger komplexe Methoden dienen. Numerische Ergebnisse deuten darauf hin, dass richtig gestaltete teilweise verbundene HBF das Potenzial hat, einen guten Kompromiss zwischen Hardwarekomplexität und Systemleistung im Vergleich zu vollständig digitalem Beamforming zu bieten.