统计 CSIT 下大规模 MIMO 下行传输的频谱效率与能量效率折衷

作为未来无线网络的一项关键技术，大规模多输入多输出（MIMO）能显著提升能量效率（EE）和频谱效率（SE），且其性能高度依赖于可用信道状态信息（CSI）的程度。虽然大多数现有大规模 MIMO 工作聚焦于发射端可用瞬时 CSI（CSIT）的情形，但获取精确的瞬时 CSIT 通常并非易事。本文中，我们研究具有统计 CSIT 的单小区大规模 MIMO 下行传输中的 EE-SE 折衷。为此，我们旨在优化系统资源效率（RE），其能够达成 EE-SE 平衡。我们首先给出不同用户终端最优发射协方差矩阵特征向量的闭式解，表明波束域有利于在大规模 MIMO 下行中执行 RE 最优传输。基于该见解，RE 优化预编码设计被化简为实值功率分配问题。利用序贯优化与随机矩阵论技术，我们进一步提出一种低复杂度次优两层注水结构功率分配算法。数值结果说明了所提统计 CSI 辅助 RE 优化方法的有效性与近最优性能。