We consider the problem of degradation in performance of multi-carrier multi-user massive MIMO systems when channel induced Doppler spread is high. Recently, Orthogonal Time Frequency Space (OTFS) modulation has been shown to be robust to channel induced Doppler spread. In OTFS based systems, information symbols are embedded in the delay-Doppler (DD) domain where they are jointly modulated to generate the time-domain transmit signal. Due to the multi-path delay and Doppler shifts, the DD domain information symbols need to be jointly demodulated at the receiver. For multi-carrier based communication (e.g., Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)), massive MIMO systems have been shown to achieve high spectral and energy efficiency with low complexity multi-user precoding in the downlink. Extending the same to OTFS based downlink multi-user massive MIMO systems is challenging due to the requirement for joint demodulation of all information symbols at the user terminal (UT). In this paper, we solve this problem by proposing a novel OTFS based multi-user precoder at the base station (BS) and a corresponding low complexity detector (LCD) at the user terminals (UTs), which allows for separate demodulation of each DD domain information symbol at the UT. The complexity of the proposed precoder increases only linearly with increasing number BS antennas Q and the number of UTs. We show, through analysis, that as Q increases (with total transmitted power decreased linearly with Q), the proposed low complexity detector achieves a sum SE close to that achieved with optimal joint demodulation at each UT. Numerical simulations confirm our analysis and also show that the SE and error rate performance of the proposed OTFS based massive MIMO precoder and LCD detector is significantly more robust to channel induced Doppler spread when compared to OFDM based multi-user massive MIMO systems.


翻译:我们考虑的是多载多用户多用户大型 MIMO 系统在频道诱导 Doppler 扩散时的性能退化问题。 最近, Orthogonial 时间频率空间( OTFS) 调制显示对导导多普勒扩散非常有力。 在基于 OTFS 的系统中, 信息符号嵌入延迟- Doppler (DD) 域内, 在那里它们被联合调制, 以生成时间- 多用户级传输信号。 由于多路路延迟和多普勒转换, DD 域域信息符号需要在接收器中联合演示。 对于基于多载器的多载时间频率空间( e. g., Ortho) 调制通信( Orthofory) 通信( Orthod), 显示每个基于 OTFS 的直径端端端端端端点( 将显示以低载存储器为基点) 和以直径端点的多载服务器前变变换数据分析, 将O.

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