Published January 1, 2021 | Version v1
Publication Open

Compensation of Transmitter IQ Imbalance in Multi-User Hybrid Beamforming Systems

Creators

  • 1. Indian Institute of Technology Delhi

Description

In this paper, we consider the uplink (UL) communication of a massive multi-user (MU) multiple-input multiple-output (MIMO) hybrid beamforming system (HBFS) in which the transmitting user-equipments are affected by IQ imbalance (IQI). We first show that if the transmitter IQI is not compensated, it will result in a finite ceiling of the UL achievable sum-rate at high signal-to-noise ratio, which only depends on the transmitter IQI matrices and is independent of the propagation channel and the choice of the hybrid combining matrices. This justifies the need for transmitter IQI compensation in massive MU-MIMO HBFS. Therefore, we propose a novel zero-forcing based transmitter IQI compensation algorithm to be implemented at the base station which effectively mitigates the undesired effects of transmitter IQI and is applicable for any channel model and any choice of the number of RF chains. For uncorrelated Rayleigh fading channel, we derive an approximate closed-form expression of the UL sum-rate achieved by the massive MU-MIMO HBFS with the proposed transmitter IQI compensation. Finally, numerical results are presented which confirm the effectiveness of the proposed transmitter IQI compensation algorithm in mitigating the undesired effects of transmitter IQI in different channel environments.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في هذه الورقة، نأخذ في الاعتبار اتصال الوصلة الصاعدة (UL) لنظام تشكيل شعاع هجين متعدد المخرجات (MIMO) متعدد المستخدمين (MU)، حيث تتأثر معدات المستخدم المرسلة بعدم توازن معدل الذكاء (IQI). نظهر أولاً أنه إذا لم يتم تعويض مؤشر جودة المعلومات لجهاز الإرسال، فسيؤدي ذلك إلى سقف محدود لمعدل المجموع القابل للتحقيق في UL عند نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية، والتي تعتمد فقط على مصفوفات مؤشر جودة المعلومات لجهاز الإرسال وتكون مستقلة عن قناة الانتشار واختيار المصفوفات المختلطة المختلطة. هذا يبرر الحاجة إلى تعويض IQI لجهاز الإرسال في MU - MIMO HBFS الهائل. لذلك، نقترح خوارزمية تعويض IQI لجهاز إرسال جديد قائم على القوة الصفرية ليتم تنفيذها في المحطة الأساسية والتي تخفف بشكل فعال من الآثار غير المرغوب فيها لجهاز الإرسال IQI وتنطبق على أي نموذج قناة وأي اختيار لعدد سلاسل التردد اللاسلكي. بالنسبة لقناة تلاشي رايلي غير المترابطة، فإننا نستمد تعبيرًا تقريبيًا مغلقًا لمعدل إجمالي UL الذي تحققه MU - MIMO HBFS الهائل مع تعويض IQI لجهاز الإرسال المقترح. وأخيرًا، يتم عرض النتائج العددية التي تؤكد فعالية خوارزمية تعويض IQI لجهاز الإرسال المقترح في التخفيف من الآثار غير المرغوب فيها لجهاز IQI لجهاز الإرسال في بيئات القنوات المختلفة.

Translated Description (French)

Dans cet article, nous considérons la communication en liaison montante (UL) d'un système de formation de faisceaux hybride (HBFS) multi-utilisateurs (MU) à entrées multiples et sorties multiples (MIMO) dans lequel les équipements utilisateurs émetteurs sont affectés par un déséquilibre de QI (IQI). Nous montrons d'abord que si l'IQI de l'émetteur n'est pas compensé, il en résultera un plafond fini du taux de somme réalisable UL à rapport signal sur bruit élevé, qui ne dépend que des matrices IQI de l'émetteur et est indépendant du canal de propagation et du choix des matrices de combinaison hybrides. Cela justifie la nécessité d'une compensation IQI de l'émetteur dans les HBFS MU-MIMO massifs. Par conséquent, nous proposons un nouvel algorithme de compensation de l'IQI de l'émetteur basé sur le forçage zéro à mettre en œuvre au niveau de la station de base qui atténue efficacement les effets indésirables de l'IQI de l'émetteur et qui est applicable à tout modèle de canal et à tout choix du nombre de chaînes RF. Pour le canal d'évanouissement de Rayleigh non corrélé, nous dérivons une expression de forme fermée approximative du taux de somme UL obtenu par le MU-MIMO HBFS massif avec la compensation IQI d'émetteur proposée. Enfin, des résultats numériques sont présentés qui confirment l'efficacité de l'algorithme de compensation IQI d'émetteur proposé pour atténuer les effets indésirables de l'IQI d'émetteur dans différents environnements de canal.

Translated Description (Spanish)

En este documento, consideramos la comunicación de enlace ascendente (UL) de un sistema de formación de haz híbrido (HBFS) de múltiples entradas y múltiples salidas (mimo) de múltiples usuarios (MU) masivo en el que los equipos de usuario transmisores se ven afectados por el desequilibrio de IQ (IQI). En primer lugar, mostramos que si el IQI del transmisor no se compensa, resultará en un techo finito de la tasa de suma alcanzable de UL a una alta relación señal-ruido, que solo depende de las matrices de IQI del transmisor y es independiente del canal de propagación y la elección de las matrices combinadas híbridas. Esto justifica la necesidad de compensación de IQI del transmisor en MU-MIMO HBFS masivo. Por lo tanto, proponemos un nuevo algoritmo de compensación de IQI de transmisor basado en fuerza cero que se implementará en la estación base que mitiga de manera efectiva los efectos no deseados del transmisor IQI y es aplicable para cualquier modelo de canal y cualquier elección del número de cadenas de RF. Para el canal de desvanecimiento de Rayleigh no correlacionado, derivamos una expresión aproximada de forma cerrada de la tasa suma UL lograda por el HBFS masivo MU-MIMO con la compensación propuesta del IQI del transmisor. Finalmente, se presentan resultados numéricos que confirman la eficacia del algoritmo de compensación del IQI del transmisor propuesto para mitigar los efectos no deseados del IQI del transmisor en diferentes entornos de canal.

Files

09474485.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:7bfd4267fafd0ebaacf83c7f9e0531f1
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تعويض اختلال توازن معدل ذكاء جهاز الإرسال في أنظمة التشكيل الشعاعي الهجين متعدد المستخدمين
Translated title (French)
Compensation du déséquilibre du QI de l'émetteur dans les systèmes hybrides de formation de faisceaux multi-utilisateurs
Translated title (Spanish)
Compensación del desequilibrio del coeficiente intelectual del transmisor en sistemas de formación de haces híbridos multiusuario

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3184749891
DOI
10.1109/access.2021.3094560

Is supplement to
https://openalex.org/W4385649691 (Other)
https://openalex.org/W4381195711 (Other)
https://openalex.org/W3141240674 (Other)
https://openalex.org/W2944557016 (Other)
https://openalex.org/W2761879201 (Other)
https://openalex.org/W2489379490 (Other)
https://openalex.org/W2216248654 (Other)
https://openalex.org/W2141031289 (Other)
https://openalex.org/W2140056236 (Other)
https://openalex.org/W1578560935 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1518945650
  • https://openalex.org/W1546718391
  • https://openalex.org/W1971443733
  • https://openalex.org/W2053521124
  • https://openalex.org/W2103749601
  • https://openalex.org/W2127401968
  • https://openalex.org/W2130509920
  • https://openalex.org/W2145412765
  • https://openalex.org/W2147601077
  • https://openalex.org/W2148982591
  • https://openalex.org/W2154259636
  • https://openalex.org/W2165943096
  • https://openalex.org/W2167956149
  • https://openalex.org/W2198911682
  • https://openalex.org/W2272804037
  • https://openalex.org/W2320703891
  • https://openalex.org/W2338920776
  • https://openalex.org/W2343589627
  • https://openalex.org/W2462531014
  • https://openalex.org/W2517686986
  • https://openalex.org/W2527435379
  • https://openalex.org/W2591553801
  • https://openalex.org/W2593082056
  • https://openalex.org/W2770606349
  • https://openalex.org/W2786764907
  • https://openalex.org/W2794172237
  • https://openalex.org/W2800222781
  • https://openalex.org/W2800560953
  • https://openalex.org/W2801974178
  • https://openalex.org/W2803662150
  • https://openalex.org/W2805657678
  • https://openalex.org/W2807908905
  • https://openalex.org/W2899529562
  • https://openalex.org/W2901734768
  • https://openalex.org/W2913668931
  • https://openalex.org/W2922387395
  • https://openalex.org/W2944636546
  • https://openalex.org/W2962732261
  • https://openalex.org/W2962785465
  • https://openalex.org/W2963332680
  • https://openalex.org/W2993935135
  • https://openalex.org/W3034823140
  • https://openalex.org/W3035981806
  • https://openalex.org/W3038752399
  • https://openalex.org/W3099720307
  • https://openalex.org/W3106282754
  • https://openalex.org/W3133772983
  • https://openalex.org/W4300840296