【使用带外空间信息的毫米波波束选择】利用在低于6 GHz频段提取的空间信息来辅助建立mmWave链接（Matlab代码实现）

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📋📋📋本文目录如下：🎁🎁🎁

目录

💥1 概述

📚2 运行结果

🎉3 参考文献

🌈4 Matlab代码、文章

---

💥1 概述

摘要：毫米波（mmWave）通信是高数据率应用，如车载通信和下一代蜂窝通信的一种可行解决方案。然而，配置mmWave链接（可通过信道估计或波束选择实现）是一项重要的开销来源。本文提出利用在低于6 GHz频段提取的空间信息来辅助建立mmWave链接。我们假设低于6 GHz采用全数字架构，而mmWave采用模拟架构，并概述了一种从低于6 GHz频段提取空间信息并应用于mmWave压缩波束选择的策略。具体地，我们将压缩波束选择形式化为加权稀疏信号恢复问题，并从低于6 GHz频段的信道中获取加权信息。此外，我们概述了一种结构化的预编码器/组合器设计，以适应带外信息的训练。我们还扩展了建议的带外辅助压缩波束选择方法，以利用mmWave上所有活动子载波的信息。为了模拟多频频率相关信道，我们回顾了有关频率相关信道行为的先前工作，并概述了一个多频信道模型。可实现速率的仿真结果显示，带外辅助波束选择可以显著减少仅在带内进行波束选择时的训练开销。

毫米波（mmWave）通信系统利用大型天线阵列和定向波束成形/预编码来提供足够的链路余量。在毫米波频段，由于天线可以被装入小尺寸的形状因此大型阵列是可行的。然而，配置这些阵列并非没有挑战。首先，射频组件的高功耗使得完全数字基带预编码变得困难。第二，预编码器设计通常依赖于信道状态信息，但由于大型天线阵列和低预波束信噪比，在毫米波频段获取信道状态信息是困难的。因此，已经提出了几种方法来快速建立毫米波链接。常见策略是利用未知信道中的某种结构来帮助建立链接，例如稀疏性或信道动态。

毫米波已经在包括蜂窝系统在内的多种应用中得到应用，如固定无线接入、回程传输、移动接入，甚至车辆对一切（V2X）通信。V2X 应用颇具吸引力，因为下一代智能车辆上的传感器可能会产生高达数百 Mbps 的数据速率，而当前的车载通信机制并不支持这种数据速率。由于拥有较大的频带宽度，毫米波通信有潜力提供所需的数据速率。不幸的是，在高度移动的情况下配置毫米波链接是具有挑战性的，因为链接配置可能消耗大量信道一致时间间隔，留下很少的时间来利用。

详细文章见第4部分。

📚2 运行结果

部分代码：

rng(1); % fixing the random seed
%% Simulation Parameters
E=1e1;2e3; % Number of trials/runs/iterations
%
Nrx_vec=[8:4:40]; % The number of measurements at the RX
Ntx_vec=[8:4:40]/4; % The number of measurements at the TX
%
Tx_Rx_dist=60; % The distance between TX and RX in meters
%% System Input Parameters
K_m=128; % Number of sub-carriers in OFDM system at mmWave
Lc_m=K_m/4; % Cyclic prefix length for mmWave
%
K_s=32; % Number of sub-carriers in OFDM system at sub-6 GHz
Lc_s=K_s/4; % Cyclic prefix length for sub-6 GHz
%
f_s=3.5e9; % Sub-6 GHz frequency
BW_s=150e6; % Sub-6 GHz bandwidth
%
f_m=28e9; % MmWave frequency
BW_m=850e6; % MmWave bandwidth
%
Mrx_s=8; % Number of Rx antennas at Sub-6 GHz
Mtx_s=2; % Number of Tx antennas at Sub-6 GHz
%
Mrx_m=64; % Number of Rx antennas at MmWave
Mtx_m=16; % Number of Tx antennas at MmWave
%
Drx=2;  % Number of phase shifters quantization bits at the Rx
Dtx=2;  % Number of phase shifters quantization bits at the Tx
%
sector_start=-pi/3; % Sectoar start point
sector_end=pi/3; % Sector end point
%
beta_s=1; % roll-off factor of the pulse shaping filter at Sub-6 GHz
beta_m=1; % roll-off factor of the pulse shaping filter at MmWave
%
Pt_dBm_m=43-10*log10(Mtx_m); % Total Sub-6 GHz transmit power
Pt_dBm_s=30+10*log10(BW_s/25e6)-10*log10(Mtx_s); % Total MmWave transmit power
%% Channel Input Parameters
C_s=10; % Number of clusters at Sub-6 GHz
C_m=5; % Number of clusters at MmWave
%
Rc_s=20; % Number of rays in a cluster at Sub-6 GHz
Rc_m=20; % Number of rays in a cluster at MmWave
%
sigma_theta_m=2*pi/180; % RMS arrival angle spread at MmWave 
sigma_phi_m=2*pi/180; % RMS departure angle spread at MmWave
%
sigma_theta_s=4*pi/180; % RMS arrival angle spread at Sub-6 GHz
sigma_phi_s=4*pi/180; % RMS departure angle spread at Sub-6 GHz
%
pl_coeff_s=3; % Path-loss coefficient for Sub-6 GHz
pl_coeff_m=3; % Path-loss coefficient for MmWave
%
gamma=abs(f_s-f_m)/max(f_s,f_m); % Frequency separation between Sub-6 GHz and mmWave
% The frequency separation is used in perturbation generation
%
mu_s=0.1; % exponential distribution parameter at Sub-6 GHz
mu_m=0.2; % exponential distribution parameter at MmWave
% Used in power-delay-profile (PDP) generation
%% Miscellaneous Parameters Calculated based on input
L_m=Lc_m+1; %  Number of taps in the wideband mmWave channel
eval_points_m=0:L_m-1;

🎉3 参考文献

文章中一些内容引自网络，会注明出处或引用为参考文献，难免有未尽之处，如有不妥，请随时联系删除。

Anum Ali, Nuria González-Prelcic, Robert W. Heath Jr.

🌈4 Matlab代码、文章