Hybrid analog/digital precoding in millimeter-wave (mmWave) multi-input multi-ouput (MIMO) systems is capable of achieving the near-optimal full-digital performance at reduced hardware cost and power consumption compared to its full-RF digital counterpart. However, having numerous phase shifters is still costly, especially when the phase shifters are of high resolution. In this paper, we propose a novel twin-resolution phase-shifter network for mmWave MIMO systems, which reduces the power consumption of an entirely high-resolution network, whilst mitigating the severe array gain reduction of an entirely low-resolution network. The connections between the twin phase shifters having different resolutions and the antennas are either fixed or dynamically configured. In the latter, we jointly design the phase-shifter network and the hybrid precoding matrix, where the phase of each entry in the analog precoding matrix can be dynamically designed according to the required resolution. This method is slightly modified for the fixed network's hybrid precoding matrix. Furthermore, we extend the proposed method to multi-user MIMO systems and provide its performance analysis. Our simulation results show that the proposed dynamic hybrid precoding method strikes an attractive performance vs. power consumption trade-off.


翻译:毫米波(mmWave)多输出多输出(MIMO)系统中的模拟/数字混合预编码系统能够实现接近最佳的全数字性能,其硬件成本和功率消耗比全RF数字对等系统低,然而,许多相位转换器仍然费用高昂,特别是当相位转换器分辨率高时。在本文件中,我们提议为毫米Wave MIMO系统建立一个新型双解分级阶段转换器网络,减少完全高分辨率网络的电量消耗,同时减少完全低分辨率网络的重阵列增益。具有不同分辨率的双相位转换器和天线之间的连接是固定或动态配置的。在后一种情况下,我们联合设计了相位转换器网络和混合预编码矩阵,可以根据需要的分辨率动态设计出模拟预编码矩阵中每个条目的阶段。这一方法在固定网络的混合预编码矩阵中略有修改。此外,我们将拟议的方法推广到多用户MIMO系统,并提供其具有吸引力的混合消费性能分析。我们提出的模拟模拟结果显示模拟性能。

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