大规模 MIMO 系统的多小区 MMSE 预编码器及新的大系统分析

本文为大规模 MIMO 系统提出一种新的多小区 MMSE 预编码器。我们考虑一个多小区网络，其中每个小区有 $K$ 个用户，且 $B$ 个正交导频序列可用，满足 $B = \beta K$，$\beta \ge 1$ 为整个网络的导频复用因子。与仅使用 $K$ 个小区内信道估计的传统单小区预编码相比，所提出的多小区 MMSE 预编码器利用了基站本地可估计的所有 $B$ 个信道方向，从而在空间上设计传输以同时抑制部分小区间和小区内干扰。为评估性能，我们推导了所提出的多小区 MMSE 预编码器下行链路 SINR 的大尺度近似，该近似在大系统极限下是紧的。我们的预编码器考虑了导频和有效载荷的功率控制、非理想信道估计以及任意导频分配。数值结果表明，所提出的多小区 MMSE 预编码器相比经典的单小区 MMSE 预编码器实现了显著的频谱效率总和增益，且增益随 $K$ 或 $\beta$ 的增长而增加。与最近的 M-ZF 预编码器相比，后者在 $K$ 较大时性能急剧下降，而我们的 M-MMSE 预编码器总能保证高且稳定的性能。此外，大尺度近似易于计算，并且即使在较小的系统维度下也被证明是精确的。