第2章
大規模天線理論
2.3.2 時變信道下 Massive MIMO 容量分析
2.3.3 非理想互易性對 Massive MIMO 容量的影響
在大規模天線系統中，随着基站天線個數和空分使用者數的增加，信道資訊獲 取成為系統實作的瓶頸。當采用 TDD 模式時，在相幹時間内基站可以利用上行信 道估計資訊來進行下行預編碼的設計，進而減少下行導頻以及使用者 CSI 回報的開 銷。然而，實際系統中，整體通信信道不僅包括空中無線部分，還包括通信雙方 收發機的射頻電路。雖然空中信道滿足上下行互易性，但是考慮到收發射頻電路的 不一緻性，如果不進行精準的電路校準，上下行整體信道無法保證互易性精度[21]。 本節将通過理論分析，研究非理想互易性對大規模 MIMO 系統性能的影響。
1．信号模型
考慮完整的通信信道收發兩端的 RF 電路增益，則上行和下行的信道矩陣 分别為
陣。是以，發送機和接收機 RF 電路增益的失配将破壞通信信道的互易性，進而導緻使用者間幹擾的産生。
2．頻譜效率分析
根據式（2-16）可知，第 i 個 UE 的接收信号為
于是，可以得到當 RF 增益失配時，第 i 個 UE 接收信号的信幹噪比 （SINR）為
通過上式可以看出，終端 RF 增益失配對系統性能的影響很小，當幅度變 化方差較小時，和速率下降也較小，同時相位失配不影響系統的吞吐量。然而， 當基站端 RF 增益失配時，無論幅度和相位失配都會引起使用者間的幹擾，進而 導緻系統性能嚴重下降。
3．數值仿真
為了清晰地展示 RF 增益失配對系統性能的影響，分别對 RF 增益的幅度失 配和相位失配進行了系統性能的仿真評估。
圖 2.13 描述了 RF 增益幅度失配對系統性能的影響。發送信号的信噪比分 别設為 0dB 和 5dB。可以看到，随着 BS 端和 UE 端 RF 增益的幅度方差增加， 周遊和速率的曲線近似成線性下降。相比較而言，BS 端 RF 增益的幅度失配對 系統性能的影響比 UE 端更大。當信噪比從 0dB 提高到 5dB 時，與 BS 端幅度 失配相應曲線的斜率下降明顯，系統性能損失更嚴重，而同時與 UE 端幅度失 配相應曲線的斜率保持不變。這說明，BS 端 RF 增益的幅度失配造成了使用者間 幹擾，而 UE 端增益的幅度失配則沒有，這也與理論分析一緻。
圖 2.14 繪制了 RF 增益相位失配對系統性能的影響。發送信号的信噪比分别 設為 0dB 和 5dB。可以得出，随着 UE 端 RF 增益相位範圍的增加，周遊和速率 的曲線保持不變，這說明其對系統性能沒有影響。同時，當 BS 端 RF 增益相位 失配時，周遊和速率大大下降。随着信噪比增加，系統性能的損失也越大。這表 示 BS 端 RF 增益的相位失配也會造成使用者間幹擾，理論分析也說明了這一點。