In this paper, we consider user selection and downlink precoding for an over-loaded single-cell massive multiple-input multiple-output (MIMO) system in frequency division duplexing (FDD) mode, where the base station is equipped with a dual-polarized uniform planar array (DP-UPA) and serves a large number of single-antenna users. Due to the absence of uplink-downlink channel reciprocity and the high-dimensionality of channel matrices, it is extremely challenging to design downlink precoders using closed-loop channel probing and feedback with limited spectrum resource. To address these issues, a novel methodology -- active channel sparsification (ACS) -- has been proposed recently in the literature for uniform linear array (ULA) to design sparsifying precoders, which boosts spectral efficiency for multi-user downlink transmission with substantially reduced channel feedback overhead. Pushing forward this line of research, we aim to facilitate the potential deployment of ACS in practical FDD massive MIMO systems, by extending it from ULA to DP-UPA with explicit user selection and making the current ACS implementation simplified. To this end, by leveraging Toeplitz structure of channel covariance matrices, we extend the original ACS using scale-weight bipartite graph representation to the matrix-weight counterpart. Building upon this, we propose a multi-dimensional ACS (MD-ACS) method, which is a generalization of original ACS formulation and is more suitable for DP-UPA antenna configurations. The nonlinear integer program formulation of MD-ACS can be classified as a generalized multi-assignment problem (GMAP), for which we propose a simple yet efficient greedy algorithm to solve it. Simulation results demonstrate the performance improvement of the proposed MD-ACS with greedy algorithm over the state-of-the-art methods based on the QuaDRiGa channel models.


翻译:在本文中,我们考虑为超负荷的单细胞大规模多投入多发输出(MIIMO)系统选择用户和下行预码,该系统采用频率分解(DFD)模式,即基站配备了双极统一平面阵列(DP-UPA),为大量单亚通量用户服务。由于缺乏上行下行链路频道对等性和频道矩阵的高度维度,使用闭路通道探测和频谱资源有限的反馈,设计下行预码(MIIMO)系统极为困难。为了解决这些问题,最近为统一线性阵列(ULIMO)的文献中提出了一种新型方法 -- -- 积极的频道透析(ACDS) -- -- 以设计一个双向下行传输的光谱效率,同时大幅降低频道反馈。

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