共置与分布式基站天线下行链路 MIMO 蜂窝网络的比较研究

尽管普遍认为在蜂窝网络中基站 (BS) 侧使用更多天线可实现显著的容量增益，但基站天线拓扑对容量缩放行为的影响尚不清楚。本文对下行链路单用户多输入多输出 (MIMO) 系统的遍历容量进行了比较研究，其中基站天线要么共置于中心，要么分组为圆形小区中均匀分布的天线簇。假设基站天线数量和用户天线数量以固定比例$L\gg 1$趋于无穷大，渐近分析表明，两种情况下的平均每天线容量均随$L$对数增加，但对于共置和分布式基站天线布局，其阶数分别为$\log_2 L$和$\tfrac{\alpha}{2}\log_2 L$，其中$\alpha>2$表示路径损耗因子。分析进一步扩展至多用户情形，考虑了一个 1 层（7 小区）MIMO 蜂窝网络，每个小区中有$K\gg 1$个均匀分布的用户。假设基站天线数量和用户天线数量以固定比例$L\gg K$趋于无穷大，针对每个基站采用的块对角化 (BD) 技术，提出了下行链路速率性能的渐近分析。结果表明，共置和分布式基站天线布局的平均每天线速率缩放阶数分别为$\log_2 \tfrac{L}{K}$和$\log_2 \frac{(L-K+1)^{\alpha/2}}{K}$。本文还讨论了具有小小区的 MIMO 蜂窝网络的速率性能，强调了在下一代蜂窝网络中采用大量分布式基站天线的重要性。