课题组在毫米波大规模MIMO多用户波束成形方面取得研究进展

2024年4月，课题组在SCI期刊IEEE Transactions on Vehicular Technology上发表论文“Multiuser Beamforming for Partially-Connected Millimeter Wave Massive MIMO”，论文第一作者是戚晨皓教授，第二作者是戚晨皓所指导的硕士生胡金林同学，还有2位合作研究教授和专家。该论文考虑了实际毫米波大规模MIMO系统中更常用的部分连接（Partially-Connected）架构。部分连接架构相比于全连接（Fully-Connected）架构，能大幅减少移相器的使用数目，尤其适合于采用多子阵（Subarray）拼接的毫米波天线架构。

我们先假设信道状态信息理想已知，面向和速率最大化，提出了低复杂度的多用户混合波束成形方案，将模拟波束成形和数字波束成形解耦，其中，模拟波束成形被建模为一个相位对准问题，数字波束成形视做一个加权最小均方误差（Weighted Minimum Mean Squared Error，WMMSE）问题。

由于实际场景中信道状态信息通常未知，我们提出了一种纯模拟波束成形方案。我们将和速率最大化问题转化为最大化当前用户的信号功率并最小化其他用户的干扰，并进一步将其转化为一系列波束零陷（Beam Nulling）子问题，并基于 majorization minimization（MM）框架来迭代求解。我们提出的方案与其他方案的波束图样对比如下图所示。

特别需要指出的是，与现有的混合波束成形不同，我们提出的纯模拟波束成形方案，省略了数字波束成形设计。在现有的其他工作中，当模拟波束确定好以后，还需要估计模拟波束与空口信道构成的等效信道矩阵。尽管等效信道与空口信道相比，维数已大幅降低，但仍需要通过收发导频来对等效信道进行估计，若是下行信道估计，还需要将估计好的信道反馈到发端。考虑到近年来模拟射频芯片发展迅速，我们提出的纯模拟波束成形简化了系统架构，并有效消除了数字波束成形所需要的等效信道估计过程与导频开销。