Low-complexity beamformer design with practical constraints is an attractive research area for hybrid analog/digital systems in mm-wave massive multiple-input multiple-output (MIMO). This paper investigates interference-aware pre-beamformer (analog beamformer) design for joint spatial division and multiplexing (JSDM) which is a user-grouping based two-stage beamforming method. Single-carrier frequency domain equalization (SC-FDE) is employed in uplink frequency-selective channels. First, unconstrained slowly changing statistical analog beamformer of each group, namely, generalized eigenbeamformer (GEB) which has strong interference suppression capability is designed where the mutual information in reduced dimension is maximized. Then, constant-modulus constrained approximations of unconstrained beamformer are obtained by utilizing alternating minimization algorithms for fully connected arrays and fixed subarrays. In addition, a dynamic subarray algorithm is proposed where the connections between radio frequency (RF) chains and antennas are changed with changing channel statistics. Convergence of the proposed alternating minimization-based algorithms are provided along with their complexity analysis. It is observed that additional complexity of proposed algorithms is insignificant for the overall system design. Although most of the interference is suppressed with the help of proposed constrained beamformers, there may be some residual interference after the analog beamforming stage. Therefore, linear minimum mean square error (LMMSE) type digital beamformers, which take the residual interference in reduced dimension into account, are proposed instead of zero-forcing (ZF) type. Simulation results verify the superiority of the proposed interference-aware constrained design over existing approaches in terms of beampattern, spectral efficiency, outage capacity and channel estimation accuracy.


翻译:低复杂度光谱设计具有实际限制,是混合模拟/数字系统(混合模拟/数字系统)在毫米波大规模多输出多输出多输出(MIMO)中具有吸引力的研究领域。本文调查了干扰觉知前光谱(Analog Byamexer)设计,用于联合空间分割和多光谱(JSDM)设计,这是一个基于用户分组的两阶段波形组合方法。单一载荷频率域平准(SC-FDE)在高频选择渠道中采用。首先,对各组组的混合模拟/数字系统,即具有强干扰抑制能力的通用egenbeamex(GEB),设计了强大的干扰抑制能力,这是在降低维度的相互影响前的相互信息的情况下设计的。随后,通过对完全连接的阵列和固定的子阵列进行交替最小化算法,提出了动态次阵列算,其中的无线电频率(RF)链和天线系之间的连接可能随着频道统计的变化而改变,即通用的直径直径直径直径直径(通用干涉(通用的直径直径直径直径直径直径直径直径直径对等),对等的干扰的内,对内,拟议的最易的内最深的内流的内干涉的内分流的内位法系的内分解法则法系的精确法系将可观察到。

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