基于速率分裂的异步无小区大规模MIMO

在采用分布式低成本接入点的实际无小区（CF）大规模多输入多输出（MIMO）网络中，信号在用户设备处的异步到达加剧了多用户干扰，从而降低系统性能。同时，速率分裂（RS）利用公共与私有消息的传输，已被证明可显著提升频谱效率（SE）并对信道状态信息（CSI）不完善具有鲁棒性。本文首先分析了CF大规模MIMO系统异步接收的信号性能，捕捉了传播时延与收发机振荡器相位的联合效应。考虑到由异步相位与导频污染引起的不完善CSI，我们推导了新颖且闭式的下行SE表达式，以刻画分别采用相干与非相干数据传输方案的RS辅助与传统非RS系统的性能。此外，我们将公共消息鲁棒预编码的设计表述为最大化公共消息最小个体SE的优化问题。针对该设计问题的非凸性，提出一种二分法以最优求解。仿真结果表明，异步接收确实破坏了导频正交性与相干数据传输，导致系统性能恶化。此外，得益于CF大规模MIMO系统的均匀覆盖特性，采用由私有预编码等比例求和得到的低复杂度简单公共消息预编码的RS能够实现显著的下行和SE增益，而公共消息鲁棒预编码的应用在一些极端情况下（如严重振荡器失配与未知时延相位）被证明是有用的。