Fugu-MT 論文翻訳(概要): Quantum Algorithm for DOA Estimation in Hybrid Massive MIMO

論文の概要: Quantum Algorithm for DOA Estimation in Hybrid Massive MIMO

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2102.03963v1
Date: Mon, 8 Feb 2021 02:15:07 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2023-04-12 05:34:07.742975
Title: Quantum Algorithm for DOA Estimation in Hybrid Massive MIMO
Title（参考訳）: ハイブリッドMIMOにおけるDOA推定のための量子アルゴリズム
Authors: Fanxu Meng
Abstract要約: アレイ信号処理における到着方向推定(DOA)は重要な研究領域である。本稿では,MUSICに基づくDOA推定のための量子アルゴリズムを提案する。提案アルゴリズムは, パラメータの指数的な高速化と, 穏やかな条件下での高速化を実現する。
参考スコア（独自算出の注目度）: 1.7404865362620803
License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Abstract: The direction of arrival (DOA) estimation in array signal processing is an important research area. The effectiveness of the direction of arrival greatly determines the performance of multi-input multi-output (MIMO) antenna systems. The multiple signal classification (MUSIC) algorithm, which is the most canonical and widely used subspace-based method, has a moderate estimation performance of DOA. However, in hybrid massive MIMO systems, the received signals at the antennas are not sent to the receiver directly, and spatial covariance matrix, which is essential in MUSIC algorithm, is thus unavailable. Therefore, the spatial covariance matrix reconstruction is required for the application of MUSIC in hybrid massive MIMO systems. In this article, we present a quantum algorithm for MUSIC-based DOA estimation in hybrid massive MIMO systems. Compared with the best-known classical algorithm, our quantum algorithm can achieve an exponential speedup on some parameters and a polynomial speedup on others under some mild conditions. In our scheme, we first present the quantum subroutine for the beam sweeping based spatial covariance matrix reconstruction, where we implement a quantum singular vector transition process to avoid extending the steering vectors matrix into the Hermitian form. Second, a variational quantum density matrix eigensolver (VQDME) is proposed for obtaining signal and noise subspaces, where we design a novel objective function in the form of the trace of density matrices product. Finally, a quantum labeling operation is proposed for the direction of arrival estimation of the signal.
Abstract（参考訳）: アレイ信号処理における到着方向推定(DOA)は重要な研究領域である。到着方向の有効性は、マルチインプットマルチアウトプット(MIMO)アンテナシステムの性能を大きく決定する。マルチプル信号分類(MUSIC)アルゴリズムは、最も標準的で広く使われているサブスペースベースの手法であり、DOAの適度な推定性能を有する。しかし、ハイブリッドMIMOシステムではアンテナの受信信号を受信機に直接送信せず、MUSICアルゴリズムに必須の空間共分散行列は利用できない。したがって、MUSICをハイブリッドMIMOシステムに適用するには、空間共分散行列再構成が必要である。本稿では,ハイブリッドMIMOシステムにおけるMUSICに基づくDOA推定のための量子アルゴリズムを提案する。最もよく知られた古典的アルゴリズムと比較して、量子アルゴリズムはいくつかのパラメータで指数関数的なスピードアップと、いくつかの穏やかな条件下で他のパラメータに対する多項式のスピードアップを達成できる。本手法では,まず,ビームスイーピングに基づく空間共分散行列再構成のための量子サブルーチンを提示し,ステアリングベクトル行列をエルミート形式に拡張することを避けるために,量子特異ベクトル遷移過程を実装する。第2に,信号および雑音部分空間を得るための変分量子密度行列固有解法 (VQDME) を提案する。最後に、信号の到着推定の方向について量子ラベリング演算を提案する。

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