莱斯衰落信道下混合ADC大规模MIMO系统性能分析

由于硬件成本高和功耗大，大规模多输入多输出（MIMO）在未来第五代（5G）无线通信系统中的实际部署面临挑战。采用低分辨率模数转换器（ADC）架构是应对这一挑战的一种有前景的解决方案。然而，由于需要复杂的信号处理来补偿低分辨率ADC造成的粗量化，这种架构的实际实现颇具挑战。因此，在最近提出的混合ADC架构中保留了少量高分辨率ADC，以实现低复杂度的收发器算法。与先前在瑞利衰落信道上的工作不同，我们研究了混合ADC大规模MIMO系统在莱斯衰落信道上的性能，该信道对于物联网（IoT）等5G场景更为通用。特别地，我们针对完美和不完美信道状态信息（CSI）两种情况，推导出了上行可达速率的新型闭式近似表达式。推导结果表明，随着莱斯$K$因子的增加，可达速率将收敛到一个固定值。我们还得到了功率缩放律，即在完美和不完美CSI情况下，每个用户的发射功率都可以按基站（BS）天线数量的倒数比例缩小。此外，我们揭示了可达速率与能量效率之间关于关键系统参数（包括量化比特数、基站天线数、莱斯$K$因子、用户发射功率和CSI质量）的权衡关系。最后，数值结果表明，与理想无限分辨率和低分辨率ADC架构相比，混合ADC架构可以实现更好的能量-速率权衡。