联合空分与复用

我们提出了联合空分与复用（JSDM），这是一种多用户 MIMO 下行链路方法，它利用信道向量相关性的结构，从而允许基站使用大量天线，同时仅需降维的发射端信道状态信息（CSIT）。这使得下行链路训练和用户终端到基站的 CSIT 反馈均能显著节省，从而使大量基站天线的使用也可能适用于无法利用上行/下行信道互易性的频分双工（FDD）系统。JSDM 通过将一个仅依赖于信道二阶统计量的预波束成形矩阵与一个基于瞬时获知的降维有效信道的经典多用户预编码器相串联，来构成多用户 MIMO 下行链路预编码器。我们证明了 JSDM 相对于完整 CSIT 情况不产生最优性损失的一个简单条件。对于线性均匀间隔阵列，我们表明当天线数量很大时，该条件被 closely approached。针对这种情况，我们利用大 Toeplitz 矩阵的 Szego 渐近理论设计了一种基于 DFT 的预波束成形方案，该方案仅需关于用户到达角和角度扩展的粗略信息。最后，我们将这些思想扩展到二维基站天线阵列的情况，实现包含仰角方向多波束的三维波束成形。我们提供了预波束成形优化的指导原则，并计算了比例公平和最大最小公平准则下的系统频谱效率，显示出极具吸引力的性能。我们的数值结果是通过一种称为确定性等价近似的大规模随机矩阵理论工具获得的。