Terahertz (THz) communications open a new frontier for the wireless network thanks to their dramatically wider available bandwidth compared to the current micro-wave and forthcoming millimeter-wave communications. However, due to the short length of THz waves, they also suffer from severe path attenuation and poor diffraction. To compensate the THz-induced propagation loss, this paper proposes to combine two promising techniques, viz., massive multiple input multiple output (MIMO) and intelligent reflecting surface (IRS), in THz multi-user communications, considering their significant beamforming and aperture gains. Nonetheless, channel estimation and low-cost beamforming turn out to be two main obstacles to realizing this combination, due to the passivity of IRS for sending/receiving pilot signals and the large-scale use of expensive RF chains in massive MIMO. In view of these limitations, this paper first develops a cooperative beam training scheme to facilitate the channel estimation with IRS. In particular, we design two different hierarchical codebooks for the proposed training procedure, which are able to balance between the robustness against noise and searching complexity. Based on the training results, we further propose two cost-efficient hybrid beamforming (HB) designs for both single-user and multi-user scenarios, respectively. Simulation results demonstrate that the proposed joint beam training and HB scheme is able to achieve close performance to the optimal fully digital beamforming (FDB) which is implemented even under perfect channel state information (CSI).


翻译:Terahertz (Thz) 通信为无线网络开辟了新的疆界,因为与目前的微波和即将到来的毫米波通信相比,无线网络的频带宽度大得多。然而,由于Thz波的长度短,它们也遭受了严重路径衰减和差分。为了补偿Thz引发的传播损失,本文件提议在Thz多用户通信中结合两种有希望的技术,即大规模多重输入多重输出(MIIMO)和智能反射表面(IRS),同时考虑到其显著的波形成形和孔径增益。然而,频道估计和低成本波形成形却是实现这种组合的两个主要障碍,因为IRS波浪波浪波浪浪浪短,而大规模地使用昂贵的RF链。鉴于这些局限性,本文件首先开发了一种合作的波束训练计划,以便利与IRS进行频道估测测算。我们为拟议的培训程序设计了两套不同的级代码,这可以平衡准确度与准确的噪音和搜索复杂度。在IMIS联合培训计划下,我们进一步提议采用两种成本模式进行。

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