In this paper, we investigate the ergodic sum rate (ESR) capacity achieving uplink (UL) transmit design for massive multiple-input multiple-output (MIMO) low-earth-orbit (LEO) satellite communications with statistical channel state information at the user terminals (UTs). The UL massive MIMO LEO satellite channel model with uniform planar array configurations at the satellite and UTs is presented. We prove that the rank of each UT's optimal transmit covariance matrix does not exceed that of its channel correlation matrix at the UT side, which reveals the maximum number of independent data streams transmitted from each UT to the satellite. We then prove that the transmit covariance matrix design can be transformed into the lower-dimensional matrix design without loss of optimality. We also obtain a necessary and sufficient condition when single data stream transmission from each UT to the satellite can achieve the ESR capacity. A conditional gradient (CG) method is developed to compute the ESR capacity achieving transmit covariance matrices. Furthermore, to avoid the exhaustive sample average, we utilize an asymptotic expression of the ESR and devise a simplified CG method to compute the transmit covariance matrices, which can approximate the ESR capacity. Simulations demonstrate the effectiveness of the proposed approaches.


翻译:本文研究了在用户终端(UTs)仅知统计信道状态信息条件下,面向大规模多输入多输出(MIMO)低地球轨道(LEO)卫星通信的上行(UL)遍历和速率(ESR)容量可达发射设计。首先,建立了卫星与用户终端均配置均匀平面阵列的UL大规模MIMO LEO卫星信道模型。我们证明每个UT最优发射协方差矩阵的秩不超过其UT端信道相关矩阵的秩,这揭示了每个UT向卫星传输的最大独立数据流数量。进而证明发射协方差矩阵设计可在不损失最优性的情况下转化为低维矩阵设计。此外,推导了当每个UT向卫星传输单数据流即可实现ESR容量时的充要条件。为计算ESR容量可达的发射协方差矩阵,提出了一种条件梯度(CG)方法。更进一步,为避免穷举式样本平均,利用ESR的渐近表达式,设计了一种简化CG方法来计算可近似ESR容量的发射协方差矩阵。仿真验证了所提方法的有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
78+阅读 · 2021年3月16日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
【推荐】ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年12月17日
【推荐】用Tensorflow理解LSTM
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年9月11日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
【推荐】深度学习目标检测概览
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月1日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月30日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
0+阅读 · 11分钟前
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
2+阅读 · 今天13:50
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
2+阅读 · 今天13:33
相关VIP内容
专知会员服务
78+阅读 · 2021年3月16日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
【推荐】ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年12月17日
【推荐】用Tensorflow理解LSTM
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年9月11日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
【推荐】深度学习目标检测概览
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月1日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员