大规模MIMO系统中基于OMP的混合波束赋形方法

doi:10.13190/j.jbupt.2018-194

北京邮电大学学报 ›› 2018, Vol. 41 ›› Issue (5): 153-158.doi: 10.13190/j.jbupt.2018-194

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大规模MIMO系统中基于OMP的混合波束赋形方法

程振桥, 韦再雪, 杨鸿文

北京邮电大学信息与通信工程学院, 北京 100876

收稿日期:2018-08-11 出版日期:2018-10-28 发布日期:2018-11-20
作者简介:程振桥(1995-),女,博士生,E-mail:chengzhenqiao@bupt.edu.cn;杨鸿文(1964-),男,教授,博士生导师.
基金资助:
北京邮电大学博士生创新基金资助项目（XTCX201817）

Hybrid Beamforming Based on OMP Algorithm for Massive MIMO Systems

CHENG Zhen-qiao, WEI Zai-xue, YHANG Hong-wen

School of Information and Communication Engineering, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China

Received:2018-08-11 Online:2018-10-28 Published:2018-11-20

摘要/Abstract

摘要： 为了在大规模多输入多输出（MIMO）系统中实现低开销、低成本的可靠通信，通过基于正交匹配追踪（OMP）算法的混合波束赋形，在低开销硬件限制下，探究了射频链路的数量、模数转换器数量、有限移相器精度的变化对混合波束赋形系统性能的影响，并与理想情况下的数字波束赋形性能进行对比.仿真结果表明，在射频链路中模数转换器数量较少和移相器精度较低时，基于此算法的波束赋形方案能够达到与理想数字波束赋形系统相近的性能指标.

关键词: 大规模多输入多输出, 波束赋形, 低硬件开销, 正交匹配追踪

Abstract: In order to achieve reliable communication with low time overhead and hardware cost in multiple-input multiple-output (MIMO) systems, hybrid beamforming based on orthogonal matching pursuit algorithm(OMP) is implemented, and low-overhead hardware constraint is considered. The performance of the hybrid beamforming system with the number of radio frequency(RF) chains and the accuracy of shifters is studied. And compare it with the performance of digital beamforming. The simulation results show that the performance of hybrid beamforming can approach the performance of digital beamforming system with less RF links and lower phase shifter accuracy.

Key words: multiple-input multiple-output, beamforming, low hardware cost, orthogonal matching pursuit

中图分类号:

TN929.53

程振桥, 韦再雪, 杨鸿文. 大规模MIMO系统中基于OMP的混合波束赋形方法[J]. 北京邮电大学学报, 2018, 41(5): 153-158.

CHENG Zhen-qiao, WEI Zai-xue, YHANG Hong-wen. Hybrid Beamforming Based on OMP Algorithm for Massive MIMO Systems[J]. JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOM, 2018, 41(5): 153-158.

参考文献

[1] 洪翠云. MIMO系统中唯相位波束赋形算法的研究与性能分析[D]. 北京:北京邮电大学, 2014.
[2] 耿健. 基于TDD的较大规模天线系统发端关键技术研究[D]. 北京:北京邮电大学, 2014.
[3] 朱晨. 毫米波通信中波束赋形性能仿真平台的设计与实现[D]. 北京:北京邮电大学, 2015.
[4] Ayach O E, Rajagopal S, Abu-Surra S, et al. Spatially sparse precoding in millimeter wave MIMO systems[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2014, 13(3):1499-1513.
[5] Kwon G, Shim Y, Park H, et al. Design of millimeter wave hybrid beamforming systems[C]//Vehicular Technology Conference. Seoul:IEEE, 2014:1-5.
[6] Bogale T E, Le L B. Beamforming for multiuser massive MIMO systems:digital versus hybrid analog-digital[C]//Global Communications Conference. Austin:IEEE, 2015:4066-4071.
[7] Liang L, Xu W, Dong X. Low-complexity hybrid precoding in massive multiuser MIMO systems[J]. IEEE Wireless Communications Letters, 2014, 3(6):653-656.
[8] Zhu X, Wang Z, Dai L, et al. Adaptive hybrid precoding for multiuser massive MIMO[J]. IEEE Communications Letters, 2016, 20(4):776-779.
[9] Lee J H, Kim M J, Ko Y C. IA-based hybrid beamforming design in MIMO interference channel[C]//International Conference on Advanced Communication Technology. Bongpyeong:IEEE, 2017:358-361.
[10] Yang J, Wei Z, Zhang X, et al. Correlation based adaptive compressed sensing for millimeter wave channel estimation[C]//Wireless Communications and Networking Conference. San Francisco:IEEE, 2017:1-6.
[11] Mallat S G, Zhang Z. Matching pursuits with time-frequency dictionaries[J]. IEEE Trans on Signal Processing, 1993, 41(12):3397-3415.
[12] Tropp J, Gilbert A C. Signal recovery from random measurements via orthogonal matching pursuit[J]. IEEE Transactions on Information Theory, 2007, 53(12):4655-4666.
[13] Donoho D L, Tsaig Y, Drori I, et al. Sparse solution of underdetermined systems of linear equations by stagewise orthogonal matching pursuit[J]. IEEE Transactions on Information Theory, 2012, 58(2):1094-1121.
[14] Spencer Q H, Swindlehurst A L, Haardt M. Zero-forcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIMO channels[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2004, 52(2):461-471.
[15] Stankovic V, Haardt M. Generalized design of multi-user MIMO precoding matrices[J]. IEEE Trans Wireless Commun, 2008, 7(3):953-961.
[16] Palomar D P, Lagunas M A, Cioffi J M. Optimum linear joint transmit-receive processing for MIMO channels with QoS constraints[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2004, 52(5):1179-1197.

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Hybrid Beamforming Based on OMP Algorithm for Massive MIMO Systems

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[1]	孙艳华, 乔兰, 王朱伟, 李萌, 司鹏搏. 智能反射面辅助MIMO系统混合波束赋形算法[J]. 北京邮电大学学报, 2023, 46(3): 7-12.
[2]	朱军杨军李凯于文欣. 基于增强CVAE的三维射线重构方法[J]. 北京邮电大学学报, 2022, 45(5): 36-41.
[3]	李虎, 韦再雪, 程振桥, 杨鸿文. 透镜天线毫米波MIMO系统中基于开关结构的HBF算法[J]. 北京邮电大学学报, 2021, 44(4): 26-33.
[4]	赵伟, 王斌, 鲍慧, 赵品芳, 李保罡. 基于mMIMO的MEC安全节能资源分配方法[J]. 北京邮电大学学报, 2020, 43(6): 126-131.
[5]	丁青锋, 连义翀, 邓玉前. 空间相关信道下大规模MIMO系统频谱效率分析[J]. 北京邮电大学学报, 2020, 43(3): 45-50,98.
[6]	孙韶辉, 高秋彬, 杜滢, 刘晓峰, 艾明. 第5代移动通信系统的设计与标准化进展[J]. 北京邮电大学学报, 2018, 41(5): 26-43.
[7]	欧泽良, 杨鸿文. 一种基于EP的自适应大规模MIMO信号检测算法[J]. 北京邮电大学学报, 2018, 41(5): 149-152.
[8]	魏敏, 汤文杰, 滕颖蕾, 陈广泉, 宋梅. 大规模MIMO系统中基于WMMSE的混合预编码算法[J]. 北京邮电大学学报, 2018, 41(4): 63-68.
[9]	陈颖, 尹良, 孙君, 李书芳. 大规模MIMO时分双工系统信道互易性研究[J]. 北京邮电大学学报, 2018, 41(3): 56-62.
[10]	黄妙娜, 陈军, 任斌. MIMO-OFDM网络中功率控制与波束赋形联合优化[J]. 北京邮电大学学报, 2018, 41(1): 139-144.
[11]	赵培焱, 秦记东, 彭华峰, 欧海. 基于稀疏重构的窄带弱信号时延估计算法[J]. 北京邮电大学学报, 2017, 40(5): 106-109.
[12]	申滨, 赵书锋, 黄龙杨. 基于Jacobi迭代的大规模MIMO系统低复杂度软检测算法[J]. 北京邮电大学学报, 2017, 40(5): 55-60.
[13]	申滨, 王倩, 华权, 周应超. 低复杂度大规模MIMO系统联合天线选择与用户调度波束成形[J]. 北京邮电大学学报, 2017, 40(3): 56-61,84.
[14]	申滨, 华权, 王倩, 赵书锋. 基于矩阵求逆化简的大规模MIMO系统线性信号检测[J]. 北京邮电大学学报, 2016, 39(6): 77-81.
[15]	曲桦, 梁静, 赵季红, 王伟华. LS-MIMO系统基于经典迭代法的低复杂度检测算法[J]. 北京邮电大学学报, 2016, 39(4): 83-86.