Achieving high channel estimation accuracy and reducing hardware cost as well as power dissipation constitute substantial challenges in the design of massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems. To resolve these difficulties, sophisticated pilot designs have been conceived for the family of energy-efficient hybrid analog-digital (HAD) beamforming architecture relying on adaptive-resolution analog-to-digital converters (RADCs). In this paper, we jointly optimize the pilot sequences, the number of RADC quantization bits and the hybrid receiver combiner in the uplink of multiuser massive MIMO systems. We solve the associated mean square error (MSE) minimization problem of channel estimation in the context of correlated Rayleigh fading channels subject to practical constraints. The associated mixed-integer problem is quite challenging due to the nonconvex nature of the objective function and of the constraints. By relying on advanced fractional programming (FP) techniques, we first recast the original problem into a more tractable yet equivalent form, which allows the decoupling of the fractional objective function. We then conceive a pair of novel algorithms for solving the resultant problems for codebook-based and codebook-free pilot schemes, respectively. To reduce the design complexity, we also propose a simplified algorithm for the codebook-based pilot scheme. Our simulation results confirm the superiority of the proposed algorithms over the relevant state-of-the-art benchmark schemes.


翻译:实现高频道估计准确性和降低硬件成本以及电力分散,这是设计大规模多投入多产出(MIMO)系统方面的重大挑战。为了解决这些困难,已经设计了先进的试点设计,用于一个节能混合模拟数字(HAD)波形结构,其基础是适应性分辨率的模拟数字转换器(RADCs ) 。在本文中,我们共同优化了试点序列、RADC量化比特数和混合接收器组合,将多用户大规模MIMO系统连接起来。我们解决了相关的平均平方差(MSE),在雷利(Rayleiley)的管道存在实际限制的情况下最大限度地减少频道估算问题。相关的混合内联成型结构问题由于目标功能的不兼容性以及制约,因此具有相当大的挑战性。我们依靠先进的分数编程(FP)技术,我们首先将原始问题重新表述为一种更易理解但相当的形式,这样就可以分解分数目标功能的连接。我们随后设想了一套新颖的系统算法模型,用以解决我们各自简化的代码设计的结果。

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