Millimetre wave (mmWave) signal is promising for the challenge of bandwidth shortage and can motivate the research on large-scale antenna arrays. In this paper, the authors investigate the hybrid precoding design that combines with a radio frequency (RF) precoder and a digital precoder for multi-user multiple-input single-output (MU-MISO) systems with large-scale antenna arrays. In practical large-scale antenna array systems, the small antenna spacing and the properties of a scattering environment can create a correlation between channel coefficients for separated receive units. Such correlation prejudices the performance of multi-user systems. This study proposes two approaches to reduce the channel correlation by the hybrid precoding structure. The first approach selects some vectors with the smallest influence with each other from all array response vectors to design an angular-based RF precoder. The second approach optimises the singular values characteristic of the virtual channel matrix before digital processing for the RF precoder. Then, the MU-MISO baseband precoding is implemented by reduced RF chains. Numerical results show that they have different performance depending on the environment. The first can achieve better performance when the channel correlation is not too high, while the second is more effective when the channel realisation is terribly ill-conditioned, especially for higher signal-noise ratio (SNR).

中文翻译：

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相关衰落下多用户大规模天线系统中的混合预编码设计

毫米波（mmWave）信号有望解决带宽短缺的挑战，并可以激发大规模天线阵列的研究。在本文中，作者研究了混合预编码设计，该设计结合了射频（RF）预编码器和数字预编码器，用于具有大型天线阵列的多用户多输入单输出（MU-MISO）系统。在实际的大规模天线阵列系统中，小的天线间距和散射环境的特性会在分离的接收单元的信道系数之间产生相关性。这种相关性损害了多用户系统的性能。这项研究提出了两种通过混合预编码结构降低信道相关性的方法。第一种方法从所有阵列响应向量中选择彼此影响最小的一些向量，以设计基于角度的RF预编码器。第二种方法是在对RF预编码器进行数字处理之前优化虚拟通道矩阵的奇异值特性。然后，通过减少的RF链实现MU-MISO基带预编码。数值结果表明，根据环境，它们具有不同的性能。当通道相关性不太高时，前者可以实现更好的性能，而当通道实现受到严重限制时，尤其是对于更高的信噪比（SNR）时，第二种方法更有效。第二种方法是在对RF预编码器进行数字处理之前优化虚拟通道矩阵的奇异值特性。然后，通过减少的RF链实现MU-MISO基带预编码。数值结果表明，根据环境，它们具有不同的性能。当通道相关性不太高时，前者可以实现更好的性能，而当通道实现受到严重限制时，尤其是对于更高的信噪比（SNR）时，第二种方法更有效。第二种方法是在对RF预编码器进行数字处理之前优化虚拟通道矩阵的奇异值特性。然后，通过减少的RF链实现MU-MISO基带预编码。数值结果表明，根据环境，它们具有不同的性能。当通道相关性不太高时，前者可以实现更好的性能，而当通道实现受到严重限制时，尤其是对于更高的信噪比（SNR）时，第二种方法更有效。