毫米波（mmWave）通信因其可以充分利用高頻頻段豐富的頻率資源實現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)傳輸而受到學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和政府的廣泛關(guān)注。毫米波通信系統(tǒng)通常配備大型天線陣列，稱為毫米波大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO)，以生成高度定向的波束并補(bǔ)償高頻段的嚴(yán)重路徑損耗。然而，定向波束成形的性能很大程度上依賴于信道狀態(tài)信息(CSI)獲取的準(zhǔn)確性。
與傳統(tǒng)的MIMO系統(tǒng)相比，毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的CSI獲取具有挑戰(zhàn)性。一方面，大天線陣列形成高維信道矩陣，其估計消耗更多資源，例如，導(dǎo)頻序列開銷、探測波束開銷和計算復(fù)雜度。另一方面，毫米波大規(guī)模MIMO通常采用混合波束成形架構(gòu)，其中射頻(RF)鏈比天線少得多。因此，我們只能從射頻鏈中獲取低維信號，而不能直接從前端天線獲取高維信號，這使得CSI獲取比平常更具挑戰(zhàn)性。
CSI獲取包括波束訓(xùn)練和信道估計。有時光束訓(xùn)練也稱為光束對齊。對于使用電磁透鏡的毫米波大規(guī)模MIMO，通常用作從角度空間到波束空間的DFT變換，波束訓(xùn)練也稱為波束選擇。波束訓(xùn)練通過模擬發(fā)射和接收波束對mmWavemassive MIMO信道進(jìn)行探測，以找到最適合傳輸?shù)牟ㄊ鴮?，從而避免高維信道矩陣的估計。一旦波束訓(xùn)練完成，可以使用最小二乘法或最小均方誤差估計等經(jīng)典方法來估計具有少量導(dǎo)頻符號的等效信道矩陣。信道估計側(cè)重于估計高維信道矩陣，它靈活地利用了先進(jìn)的信號處理技術(shù)，例如壓縮感知(CS)。除了傳統(tǒng)方法之外，波束訓(xùn)練和信道估計都可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)技術(shù)。
在最新發(fā)表的研究成果當(dāng)中，我國東南大學(xué)的團(tuán)隊與倫敦帝國理工學(xué)院合作，概述了毫米波大規(guī)模MIMO的CSI采集。研究團(tuán)隊首先研究了波束訓(xùn)練方法，包括波束掃描、分層波束訓(xùn)練和基于機(jī)器學(xué)習(xí)的波束訓(xùn)練。通過波束訓(xùn)練，我們只需要在射頻鏈數(shù)的尺度上估計一個低維等效信道矩陣。作為CSI獲取的另一類，信道估計旨在準(zhǔn)確估計毫米波大規(guī)模MIMO信道。然后討論了主流的信道估計方法，包括基于CS的稀疏信道估計、基于陣列信號處理的信道估計和基于ML的信道估計。最后，詳細(xì)比較了在頻譜效率(SE)、計算復(fù)雜度和產(chǎn)生的開銷方面的不同方法。
