In this paper, we investigate channel acquisition for high frequency (HF) skywave massive multiple-input multiple-output (MIMO) communications with orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulation. We first introduce the concept of triple beams (TBs) in the space-frequency-time (SFT) domain and establish a TB based channel model using sampled triple steering vectors. With the established channel model, we then investigate the optimal channel estimation and pilot design for pilot segments. Specifically, we find the conditions that allow pilot reuse among multiple user terminals (UTs), which significantly reduces pilot overhead and increases the number of UTs that can be served. Moreover, we propose a channel prediction method for data segments based on the estimated TB domain channel. To reduce the complexity, we formulate the channel estimation as a statistical inference problem and then obtain the channel by the proposed constrained Bethe free energy minimization (CBFEM) based channel estimation algorithm, which can be implemented with low complexity by exploiting the structure of the TB matrix together with the chirp z-transform (CZT). Simulation results demonstrate the superior performance of the proposed channel acquisition approach.


翻译:在本文中,我们调查高频(高频)天空波大规模多投入多输出(MIMO)通信的频道获取情况,这些通信与正方位频率分多路调制(OFDM)连接。我们首先在空间频率(SFT)域引入三束波束(TB)概念,并使用抽样的三重方向矢量建立基于结核病的频道模型。我们接着利用既定的频道模型,调查最佳频道估计和试点部分的试点设计。具体地说,我们发现允许多个用户终端(UTs)试点再利用的条件,这些终端大大减少了试点间接费用,增加了可提供服务的UTUT的数量。此外,我们提出了基于估计的结核病域道的数据区段的频道预测方法。为了降低复杂性,我们将频道估算作为一种统计推论问题,然后通过拟议的限制“免费能源最小化”(CBFFEM)基于频道估算算法获得频道,该算法可以通过利用与Chirp z- Transform(CZZT)一起以低复杂性加以执行。模拟结果显示拟议通道购置方法的优劣性表现。

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