Indoor Millimeter Wave MIMO: Feasibility and Performance

多输入多输出 空间复用 计算机科学 波束赋形 多径传播 多路复用 传输(电信) 电子工程 电信 频道(广播) 工程类
作者
Eric Torkildson,Upamanyu Madhow,M.J.W. Rodwell
出处
期刊:IEEE Transactions on Wireless Communications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:10 (12): 4150-4160 被引量:269
标识
DOI:10.1109/twc.2011.092911.101843
摘要

In this paper, we investigate spatial multiplexing at millimeter (mm) wave carrier frequencies for short-range indoor applications by quantifying fundamental limits in line-of-sight (LOS) environments and then investigating performance in the presence of multipath and LOS blockage. Our contributions are summarized as follows. For linear arrays with constrained form factor, an asymptotic analysis based on the properties of prolate spheroidal wave functions shows that a sparse array producing a spatially uncorrelated channel matrix effectively provides the maximum number of spatial degrees of freedom in a LOS environment, although substantial beamforming gains can be obtained by using denser arrays. This motivates our proposed mm-wave MIMO architecture, which utilizes arrays of subarrays to provide both directivity and spatial multiplexing gains. System performance is evaluated in a simulated indoor environment using a ray-tracing model that incorporates multipath effects and potential LOS blockage. Eigenmode transmission with waterfilling power allocation serves as a performance benchmark, and is compared to the simpler scheme of beamsteering transmission with MMSE reception and a fixed signal constellation. Our numerical results provide insight into the spatial variations of attainable capacity within a room, and the combinations of beamsteering and spatial multiplexing used in different scenarios.

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