【摘 要】
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随着无线通信技术的飞速发展,各种新颖的业务被提出,面向10年后的第六代移动通信(The 6th Generation Mobile Communication Technology,6G)越来越受到人们的关注。配备超大尺寸天线阵列的超大规模多输入多输出(Extra-Large Scale Massive Multiple-Input Multiple-Output,XL-MIMO)技术,凭借其良好
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随着无线通信技术的飞速发展,各种新颖的业务被提出,面向10年后的第六代移动通信(The 6th Generation Mobile Communication Technology,6G)越来越受到人们的关注。配备超大尺寸天线阵列的超大规模多输入多输出(Extra-Large Scale Massive Multiple-Input Multiple-Output,XL-MIMO)技术,凭借其良好的小区覆盖和较高的区域吞吐量等优点,成为6G关键技术之一。但在实际应用中,当天线尺寸增大时,会出现空间非平稳现象,用户只能看到基站的部分天线阵列,称之为可视区域(Visibility Region,VR)。与此同时,由于用户和散射体位置的不同,会导致每个用户都有其特定的VR,不同用户的VR可以是交叠的或者非交叠的。目前,大多数文献都是研究用户VR非交叠的场景。为了探索用户VR交叠场景下的普适无线传输方法,本文开展了基于交叠VR的XL-MIMO无线传输方法研究,具体贡献如下:首先,针对仅有两种用户VR且交叠的场景,提出了用户VR相同的XL-MIMO系统中VR发送功率分配方法。考虑由两个单天线用户组和一个XL-MIMO阵列组成的通信系统,同一个用户组内的用户VR一样,但两组用户VR相互交叠。利用XL-MIMO系统的空间非平稳性和近场特性,构建了简化的信道模型。根据用户组的VR分布情况,将天线阵列分为交叠VR和非交叠VR,再对各VR分别采用规则化迫零(Regularized Zero-Forcing,RZF)预编码与其服务的用户进行通信,并分析了系统的遍历和速率。基于统计信道状态信息(Channel State Information,CSI),利用大维随机矩阵理论,推导了系统遍历和速率的大系统近似结果。通过最大化该近似结果,提出了基于交替优化的交叠VR和非交叠VR的功率分配方法。仿真结果表明,所推导的近似速率可以很好地逼近遍历和速率,所提功率分配方法和预编码方案能够有效提高系统性能。其次,针对各用户VR不相同且相互交叠的场景,提出了用户VR不同的XL-MIMO系统中用户功率分配方法。考虑由多个单天线用户和一个XL-MIMO阵列组成的通信系统,用户的VR是两两交叠的。构建了简化的XL-MIMO信道模型。根据用户的VR分布,将天线阵列划分为多个子阵,再对各VR分别采用RZF预编码与其服务的用户进行通信,并分析了系统的遍历和速率。基于统计CSI,利用大维随机矩阵理论,推导了系统遍历和速率的大系统近似结果。通过最大化该近似结果,推导了各用户最优功率的闭式解。仿真结果表明,所推导的近似速率具有很高的精度,所提用户最优功率的闭式解能有效提高系统性能。
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