在莱斯衰落信道下，无蜂窝大规模MIMO（Cell-Free Massive MIMO）中预编码技术的封闭形式SINR（信号干扰加噪声比）表达式

《IEEE Communications Magazine》：Closed-Form SINR Expression of Precoding Techniques in Cell-Free Massive MIMO over Rician Fading Channels

　　

摘要：

无细胞大规模多输入多输出（CF-MM）是一种有前景的下一代无线网络架构，能够提升容量、覆盖范围和频谱效率（SE）。然而，在具有视距（LoS）和非视距（NLoS）成分的莱斯衰落环境下设计可扩展、低复杂度的CF-MM系统仍然具有挑战性，尤其是在部署了大量分布式接入点（APs）的密集环境中。本研究探讨了四种分布式预编码方案：最大比率传输（MRT）、全导频零强迫（FZF）、部分ZF（PZF）和保护性部分ZF（PPZF），并分析了它们在不同信道估计器之间的复杂度与干扰之间的权衡。我们评估了几种信道估计方法，包括最小均方误差（MMSE）、线性最小均方误差（LMS）和最小二乘（LS）。首先，我们推导出了一个封闭形式的ZF归一化常数，消除了每块数据的范数计算，从而实现了低复杂度的AP级实现。在此基础上，我们为莱斯衰落环境下的所有预编码器-估计器配置推导出了下行信号干扰加噪声比（SINR）的封闭形式表达式，并通过蒙特卡洛仿真进行了验证。此外，我们提出了一种分布式功率分配规则和一种三组用户调度策略，这两种策略都基于大规模统计数据的封闭形式SINR表达式，减少了每个AP的预编码计算量和前传开销，同时保持了公平性。我们的研究结果量化了用户密度、导频重用率和估计器选择对SE与计算负担之间权衡的影响，为前传效率高的CF-MM部署提供了设计指导，使得在远低于集中式系统的复杂度下仍能接近其性能。