Channel Estimation Considerate Precoder Design for Multi-user Massive MIMO-OFDM Systems: The Concept and Fast Algorithms

正交频分复用 计算机科学 频道(广播) 算法 多输入多输出 MIMO-OFDM 预编码 估计 计算机工程 实时计算 电信 工程类 系统工程
作者
Junkai Liu,Yi Jiang
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2403.06072
摘要

The sixth-generation (6G) communication networks target peak data rates exceeding 1Tbps, necessitating base stations (BS) to support up to 100 simultaneous data streams. However, sparse pilot allocation to accommodate such streams poses challenges for users' channel estimation. This paper presents Channel Estimation Considerate Precoding (CECP), where BS precoders prioritize facilitating channel estimation alongside maximizing transmission rate. To address the computational complexity of 6G large-scale multi-input multi-output (MIMO) systems, we propose a computationally-efficient space-time block diagonal channel shortening (ST-BDCS) precoding scheme. By leveraging the sparse Toeplitz property of orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) channels, this time-domain precoding design effectively mitigates multi-user interference in the downlink and shortens the effective channel's temporal length. Consequently, users can estimate the channels using sparse pilots. To enable fast implementation, we develop a generalized complex-valued Toeplitz matrix QR decomposition algorithm applicable to various space-time signal processing problems. Simulation results demonstrate that the ST-BDCS precoding method approximates the rate performance of conventional subcarrier-by-subcarrier precoding schemes. However, it offers the advantages of easier channel estimation for users and significantly reduced computational complexity for the BS.

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