In massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems, hybrid analog-digital beamforming is an essential technique for exploiting the potential array gain without using a dedicated radio frequency chain for each antenna. However, due to the large number of antennas, the conventional channel estimation and hybrid beamforming algorithms generally require high computational complexity and signaling overhead. In this work, we propose an end-to-end deep-unfolding neural network (NN) joint channel estimation and hybrid beamforming (JCEHB) algorithm to maximize the system sum rate in time-division duplex (TDD) massive MIMO. Specifically, the recursive least-squares (RLS) algorithm and stochastic successive convex approximation (SSCA) algorithm are unfolded for channel estimation and hybrid beamforming, respectively. In order to reduce the signaling overhead, we consider a mixed-timescale hybrid beamforming scheme, where the analog beamforming matrices are optimized based on the channel state information (CSI) statistics offline, while the digital beamforming matrices are designed at each time slot based on the estimated low-dimensional equivalent CSI matrices. We jointly train the analog beamformers together with the trainable parameters of the RLS and SSCA induced deep-unfolding NNs based on the CSI statistics offline. During data transmission, we estimate the low-dimensional equivalent CSI by the RLS induced deep-unfolding NN and update the digital beamformers. In addition, we propose a mixed-timescale deep-unfolding NN where the analog beamformers are optimized online, and extend the framework to frequency-division duplex (FDD) systems where channel feedback is considered. Simulation results show that the proposed algorithm can significantly outperform conventional algorithms with reduced computational complexity and signaling overhead.


翻译:在大型多输出多输出系统中,混合模拟数字波束成型是利用潜在阵列增益的系统总和率而不使用每个天线专用无线电频率链的一项必要技术。然而,由于天线数量庞大,常规频道估算和混合波形演算法通常需要高计算复杂性和信号管理器。在这项工作中,我们建议采用一个端到端的深度超载神经网络(NN)联合频道估计和混合成型(JCEHB)算法,以最大限度地实现实时双流(TDD)大型MIMO)的系统总和率。具体地说,循环最小平方阵列的算法(RLS)算法和连续相接轨的组合波形波形演算法分别用于频道估测和信号管理。为了减少信号管理,我们考虑采用混合时间级混合混合混合混合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合,根据频道状态数据(CSI)离线(TDDD)更新结果,同时,通过S-RO-SMLS(RO-S)的低流流流流流流流流化数据基数据基数据基底基底基底基数据基数据基数据基数据基基数据基底。

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