Ricean信道上大规模MIMO全双工中继的功率分配优化提升频谱效率

本文主要探讨了在赖斯衰落信道环境下，大规模MIMO（Massive Multiple-Input Multiple-Output, MIMO）系统中的全双工（Full Duplex, FD）放大转发（Amplify-and-Forward, AF）中继技术的频谱效率优化问题。研究焦点集中在多对两路（Multi-Pair Two-Way, MP2W）通信场景中，其中多个用户对通过一个装备有众多天线的AF-FD中继器进行成对的信息交换，每个用户仅配备一个天线。 论文首先介绍了两种处理策略：零forcing接收/零forcing传输（Zero-Forcing Reception/Zero-Forcing Transmission, ZFR/ZFT）和最大比合并/最大比传输（Maximum Ratio Combining/Maximum Ratio Transmission, MRC/MRT），在中继站面对信道状态信息不完整的情况。这两种方法旨在最大化接收信号质量，同时抑制干扰和噪声的影响。 接着，研究者针对通用的功率缩放方案，推导出了一种统一的渐近信号干扰加噪声比（Signal-to-Interference plus Noise Ratio, SINR）表达式，这是衡量通信系统性能的关键指标，它反映了信号强度相对于干扰和噪声的相对优势。通过对这个表达式的分析，可以优化功率分配策略，以达到更高的系统性能。 论文的核心创新在于提出了一种联合用户中继功率分配（Joint User Relay Power Allocation, JURPA）方案，该方案旨在针对TWMM-AF-FD中继系统的特点，进行更为精细的功率资源管理，以提升频谱效率。相比于传统的用户侧功率分配策略，JURPA考虑了用户间的相互作用以及中继器的作用，能够更有效地平衡各个用户的传输质量。 通过在国际期刊《通信、网络与系统科学》（International Journal of Communications, Networks and System Sciences, IJCNS）上发表的实验结果，论文展示了所提JURPA方案在实际情况下显著优于常规方法，证明了其在复杂无线环境中实现高效频谱利用的有效性。这项研究对于设计未来的无线通信系统，特别是大规模MIMO技术的应用，具有重要的理论指导价值和实践意义。