[论文解读] Massive MIMO Channel Measurements and Achievable Rates in a Residential Area.

Marc Gauger, Maximilian Arnold+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2020

Wireless Communication Networks Research被引用 3

一句话总结

本文提出了一种大规模MIMO信道探测仪，结合实时动态差分GPS技术，实现了长期相位稳定性高、厘米级定位精度的测量，可在住宅环境中实现精确的位置标签化测量。每一点记录了924 × 64个复数信道响应，支持先进的数据驱动研究，包括无线通信中的机器学习应用。

ABSTRACT

In this paper we present a measurement set-up for massive MIMO channel sounding that shows very good long-term phase stability. Initial measurements were performed in a residential area to evaluate different conventional precoding schemes such as maximum ratio transmission and phase only precoding. A massive amount of data points was collected, with 924 times 64 complex channel weights per data point. Each data point is position-tagged using differential GPS with real-time kinematik, achieving better than 35cm position accuracy in more than 90% of the collected data points, making this dataset a rich resource for, e.g., further studying machine learning based, data-driven approaches in wireless communications.

研究动机与目标

• 开发一种大规模MIMO信道探测测量系统，具备卓越的长期相位稳定性。
• 在真实的住宅环境中评估传统的预编码方案，如最大比率传输和仅相位预编码。
• 收集大规模、带位置标签的复杂数信道响应数据集，以支持未来无线通信领域的数据驱动研究。
• 利用实时动态差分GPS技术，在超过90%的数据点中实现35厘米以内的定位精度。

提出的方法

• 部署大规模MIMO信道探测仪，采集64端口阵列的复杂数信道传输函数。
• 采用实时动态（RTK）差分GPS技术，为每个信道测量附加位置信息。
• 系统在超过90%的采集数据点中实现了优于35厘米的定位精度。
• 每个数据点共记录了924 × 64个复杂数信道权重，形成大规模数据集。
• 利用采集的数据评估了包括最大比率传输和仅相位预编码在内的传统预编码方案。
• 该数据集旨在支持未来在大规模MIMO系统中开展机器学习与数据驱动信号处理的研究。

实验结果

研究问题

• RQ1 在住宅城市环境中，大规模MIMO信道的长期相位行为具有多高的稳定性？
• RQ2 在真实住宅环境下，采用最大比率传输和仅相位预编码等传统预编码方案可实现的速率是多少？
• RQ3 厘米级定位精度在多大程度上提升了大规模MIMO信道测量的保真度与实用性？
• RQ4 所采集的数据集在多大程度上适用于训练无线通信系统中的数据驱动模型？
• RQ5 在真实住宅部署中，不同预编码策略的实际限制与性能权衡是什么？

主要发现

• 信道探测仪表现出优异的长期相位稳定性，支持可靠的大型信道测量。
• 超过90%的采集数据点在使用实时动态差分GPS时，定位精度优于35厘米。
• 每个数据点共记录了924 × 64个复杂数信道权重，形成了丰富的数据集，适用于高级信号处理。
• 该数据集支持未来基于机器学习的数据驱动方法在大规模MIMO系统中的研究。
• 利用真实世界数据成功评估了包括最大比率传输和仅相位预编码在内的传统预编码方案。
• 高精度、带位置标签的数据集为验证和训练数据驱动无线通信模型提供了宝贵的基准。