This paper addresses the mobility problem in massive multiple-input multiple-output systems, which leads to significant performance losses in the practical deployment of the fifth generation mobile communication networks. We propose a novel channel prediction method based on multi-dimensional matrix pencil (MDMP), which estimates the path parameters by exploiting the angular-frequency-domain and angular-time-domain structures of the wideband channel. The MDMP method also entails a novel path pairing scheme to pair the delay and Doppler, based on the super-resolution property of the angle estimation. Our method is able to deal with the realistic constraint of time-varying path delays introduced by user movements, which has not been considered so far in the literature. We prove theoretically that in the scenario with time-varying path delays, the prediction error converges to zero with the increasing number of the base station (BS) antennas, providing that only two arbitrary channel samples are known. We also derive a lower-bound of the number of the BS antennas to achieve a satisfactory performance. Simulation results under the industrial channel model of 3GPP demonstrate that our proposed MDMP method approaches the performance of the stationary scenario even when the users' velocity reaches 120 km/h and the latency of the channel state information is as large as 16 ms.


翻译:本文探讨大规模多投入多重产出系统中的流动问题,这导致第五代移动通信网络实际部署过程中出现重大性能损失。我们提议了一种基于多维矩阵铅笔(MDMP)的新式信道预测方法,该方法通过利用宽带频道的角频域和角时域结构来估计路径参数。MDMP方法还包含一个新颖的路径配对计划,根据角度估计的超级分辨率属性对延迟和多普勒进行配对。我们的方法能够处理用户移动造成的时间变化路径延误的现实限制,而文献中至今没有考虑到这一点。我们从理论上证明,在时间变化路径延误的情况下,预测错误与基站天线数量不断增加的情况一致为零,但只能知道两个任意的频道样品。我们还得出一个小范围BS天线来达到令人满意的性能。我们根据3GPP的工业频道模型模拟的结果表明,我们拟议的MMP方法在120公里高度水平上接近了16公里的轨道状态。

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