共置与分布式天线下行多用户系统的渐近速率分析

学术界已对分布式天线系统（DASs）的性能评估投入了大量精力。其中大多数研究假设基站（BS）天线呈规则布局，且基站天线数量通常较少。随着对基站配备大规模天线阵列的蜂窝系统兴趣日益浓厚，研究当采用大量基站天线时，基站天线布局如何影响速率性能变得愈发重要。本文对下行多用户系统的渐近速率性能进行了比较研究，系统中多个基站天线要么共置，要么均匀分布在圆形小区内。研究考虑了两种代表性的线性预编码方案：最大比传输（MRT）和迫零波束成形（ZFBF），并以此刻画了基站天线布局对速率性能的影响。分析表明，当基站天线数量 $L$ 和用户数量 $K$ 趋于无穷大且 $L/K{\rightarrow}\upsilon$ 时，对于 MRT 和 ZFBF 两种方案，共置天线（CA）布局下的渐近平均用户速率均为比值 $\upsilon$ 的对数函数。相比之下，在分布式天线（DA）布局下，平均用户速率的缩放行为密切依赖于预编码方案。例如，采用 ZFBF 时，当 $L, K{\rightarrow} \infty$ 且 $L/K{\rightarrow}\upsilon{>}1$ 时，平均用户速率无界增长，这表明当基站天线数量 $L$ 很大时，相比 CA 布局可实现显著的速率增益。然而，若采用 MRT，该增益则变得微乎其微。