In Massive MIMO base stations (BSs), the hardware design needs to balance high spectral efficiency (SE) with low complexity. The level of hardware impairments (HWIs) indicates how strong the signal distortion introduced by hardware imperfections is. In particular, the analog-to-digital converters (ADCs) have an important impact on signal distortion and power consumption. This article addresses the fundamental problem of selecting the optimal hardware quality in the Massive MIMO space. In particular, we examine the optimal HWI and ADC bit allocation per BS antenna to maximize the SE. The results show that in co-located arrays with low channel gain variations across antennas, equal ADC bit allocation is optimal. In contrast, cell-free Massive MIMO systems benefit the most from optimizing the ADC bit allocation achieving improvements in the order of 2 [bit-per-channel-use] per user equipment when using regularized zero-forcing (RZF). In addition, when including the impact of power consumption in cell-free Massive MIMO with RZF, allocating low values of mixed ADC bit resolutions across the BS antennas can increase the energy efficiency up to 30% compared to equal ADC bit allocation.


翻译:在大型MIMO基站(BS)中,硬件设计需要平衡高光谱效率(SE)和低复杂度的低光谱(SE)之间的平衡。硬件缺陷水平(HWIS)表明硬件不完善带来的信号扭曲有多强烈。特别是,模拟数字转换器(ADCs)对信号扭曲和电力消耗有重大影响。这一条涉及在大规模MIMO空间选择最佳硬件质量的根本问题。特别是,我们检查每个BS天线的最佳HWI和ADC比特分配,以最大限度地实现SE的最大化。结果显示,在各天线的低频道增益差异的合用阵列中,等ADC比特分配是最佳的。相比之下,无细胞的MIMO比特分配系统从优化ADC比特分配中受益最大,在使用常规零抗力(RZF)的每个用户设备中实现2个[比热气管使用]的改进。此外,在将无细胞大规模MIMO和RZF的耗能消耗量包括低值时,将低的混合ADC比分辨率分配给BS天线之间30比分配能提高能源效率。

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