Hybrid Beamforming für mm-Wellen Massive MIMO Systeme mit teilweise verbundenen RF-Architekturen

Zusammenfassung Um die Kapazitätsanforderungen zukünftiger mobiler Systeme zu erfüllen, können unterausgelastete Millimeterwellenfrequenzen effizient genutzt werden, indem massive Mehrfach-Eingangs-Mehrfach-Ausgangstechnologie (MIMO) mit hochgerichtetem Beamforming eingesetzt wird. Hybrid-analoge digitale Beamforming wurde als vielversprechender Ansatz für großangelegte MIMO-Implementierungen mit einer reduzierten Anzahl teurer und leistungsintensiver Radiofrequenz (RF)-Ketten anerkannt. Im Vergleich zur vollständig verbundenen Architektur ist das hybride Beamforming (HBF) mit teilweise verbundener RF-Architektur besonders ansprechend für die praktische Umsetzung aufgrund weniger komplexer RF-Leistungsaufteilungs- und Kombinationsnetzwerke. In diesem Papier formulieren wir zunächst Einzel- und Mehrbenutzer-Ratenmaximierungsprobleme als gewichtete minimale mittlere Quadratfehler (WMMSE) und leiten Lösungen für hybride Beamformer unter Verwendung alternierender Optimierung ab. Die Algorithmen sind für die Vollarray- und Teilarray-basierten Verarbeitungsstrategien der teilweise verbundenen HBF-Architektur konzipiert. Darüber hinaus schlagen wir weniger komplexe teilarray-basierte Null-Zwangs-Algorithmen vor. Die Leistung der vorgeschlagenen Algorithmen wird in zwei verschiedenen Kanalmodellen bewertet, einem einfachen geometrischen Modell und einem realistischen statistischen Modell. Die Leistungsergebnisse der WMMSE HBF-Algorithmen sollen das Potenzial des teilweise verbundenen HBF aufzeigen und als obere Grenzen für weniger komplexe Methoden dienen. Numerische Ergebnisse deuten darauf hin, dass richtig gestaltetes teilweise verbundenes HBF das Potenzial hat, einen guten Kompromiss zwischen Hardwarekomplexität und Systemleistung im Vergleich zum vollständig digitalen Beamforming zu bieten.