This paper proposes a deep learning approach to channel sensing and downlink hybrid analog and digital beamforming for massive multiple-input multiple-output systems with a limited number of radio-frequency chains operating in the time-division duplex mode at millimeter frequency. The conventional downlink precoding design hinges on the two-step process of first estimating the high-dimensional channel based on the uplink pilots received through the channel sensing matrices, then designing the precoding matrices based on the estimated channel. This two-step process is, however, not necessarily optimal, especially when the pilot length is short. This paper shows that by designing the analog sensing and the downlink precoding matrices directly from the received pilots without the intermediate channel estimation step, the overall system performance can be significantly improved. Specifically, we propose a channel sensing and hybrid precoding methodology that divides the pilot phase into an analog and a digital training phase. A deep neural network is utilized in the first phase to design the uplink channel sensing and the downlink analog beamformer. Subsequently, we fix the analog beamformers and design the digital precoder based on the equivalent low-dimensional channel. A key feature of the proposed deep learning architecture is that it decomposes into parallel independent single-user DNNs so that the overall design is generalizable to systems with an arbitrary number of users. Numerical comparisons reveal that the proposed methodology requires significantly less training overhead than the channel recovery based counterparts, and can approach the performance of systems with full channel state information with relatively few pilots.


翻译:本文建议了一种深层次的学习方法,用于在毫米频率的时分双曲模式下游模式下游模式下游模式下运行的大规模多投入多发多发混合模拟和数字光束系统。常规的下行预码设计取决于根据通过频道遥感矩阵收到的上行试点对高维信道进行首次估算的两步过程,然后根据估计频道设计预编码矩阵。但是,这一两步过程不一定是最佳的,特别是在试验长度短的情况下。本文表明,通过设计模拟感应和下行预编码矩阵,直接从所收到的实验中直接从没有中间频道估计步骤运行的无线电频率上下行预编码矩阵,整个系统的业绩可以大大改进。具体地说,我们建议一种频道感测和混合预译方法,将试验阶段分成一个模拟和数字培训阶段,然后在第一阶段利用深层神经网络设计上的拟议链路路段感感测和下行模模模模模模模模模模模模。随后,我们将模拟比模拟的模拟比对等的直径直线路路路路段进行直接设计,根据等的直径直径直径直径直径直径直径直路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路的模拟,设计,设计为直径直径直径直径直路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路。

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