轨道交通车地间毫米波通信技术在下行系统频谱效率分析中的成果

在理想CSI 条件下，将式（6.6）和式（6.9）代入式（6.7），则下行用户接收信号可以表示为

由式（6.30）可知，理想CSI 条件下全双工系统第n 个下行用户的接收信号表示为

其中，gD，n为信道矩阵GD的第n 列。同时，式（6.31）右侧首项为下行用户n 需要的信号，而后六项可视为干扰和噪声项。

由式（6.31）可知，理想CSI 条件下第n 个用户在全双工大规模MIMO系统下行链路的频谱效率可以表示为

定理6.3：在莱斯衰落信道场景下，对于采用低精度ADCs/DACs 架构的多用户全双工大规模MIMO 系统，若基站端采用MRT 预编码算法处理信号，则理想CSI 下第n 个用户在全双工大规模MIMO 系统下行链路的频谱效率可以近似为

为深入了解莱斯因子、DAC 精度、用户/基站发送功率和基站天线数对下行链路频谱效率的影响，下面将讨论几个特殊场景下的近似结果。

（1）固定用户发送功率 PU、基站发送功率 PD、基站天线数M 和ADC/DAC 精度不变，当莱斯因子KD，n→∞时，式（6.33）的下行链路频谱效率有以下限制：

（2）固定ADC/DAC 精度、基站天线数M 、用户发送功率 PU、基站发送功率 PD不变，在瑞利信道场景下，即KD，n= 0（其中n= 1，… ，N）时，式（6.33）的下行链路频谱效率可以进一步简化为

（3）固定基站天线数M 、用户发送功率 PU和基站发送功率 PD不变，当ADC/DAC 为理想硬件时，即 αu=αd= 1，式（6.33）的下行链路频谱效率可简化为(www.xing528.com)

（4）固定ADC/DAC 精度和基站天线数M 不变，当 PD=ΥPU→∞，其中系数Υ 为一个确定常数，式（6.33）的下行链路频谱效率可以简化为

由式（6.37）可知，当UP 和DP 趋于无穷大时，全双工大规模MIMO下行系统频谱效率数值与基站天线数和ADC/DAC 精度直接相关。此外，增加发送功率并不能有效地消除低精度ADC/DAC 引起的量化噪声和全双工模式用户引起的用户间干扰。

（5）当 PU=EU/M， PD=ED/M，且 EU和 ED固定时，对于基站天线数M →∞，上/下行发送功率与基站天线数M 成反比，则式（6.33）的下行链路频谱效率可简化为

由式（6.38）可知，其计算结果与文献[122]中式（35）的全双工模式结果一致。当全双工基站天线数趋于无穷大时，式（6.38）的结果取决于ADC/DAC 的精度。同时，随着基站天线数的增加，可以忽略全双工模式引起的用户间干扰。

同理，在非理想CSI 条件下，将式（6.4）、式（6.6）和式（6.9）代入式（6.7），则下行链路用户的接收信号可以表示为

由式（6.39）可知，非理想CSI 条件下第n 个用户在全双工系统下行链路的接收信号可以表示为

其中，为信道矩阵 的第n 列；ΔgD，n为信道估计矩阵ΔGD的第n 列。同时，式（6.40）右侧首项为下行用户n 需要的信号，而后五项可视为干扰、估计误差和噪声项。

定理6.4：在莱斯衰落信道场景下，对于采用低精度ADCs/DACs 架构的多用户全双工大规模MIMO 系统，若基站端采用MRT 预编码算法处理信号，则非理想CSI 下第n 个用户在全双工大规模MIMO 系统下行链路的频谱效率可以近似为