In this paper, we investigate the impact of channel aging on the performance of cell-free (CF) massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems with both spatial correlation and pilot contamination. We derive novel closed-form uplink and downlink spectral efficiency (SE) expressions that take imperfect channel estimation into account. More specifically, we consider large-scale fading decoding and matched-filter receiver cooperation in the uplink. The uplink performance of a small-cell (SC) system is derived for comparison. The CF massive MIMO system achieves higher 95\%-likely uplink SE than the SC system. In the downlink, the coherent transmission has four times higher 95\%-likely per-user SE than the non-coherent transmission. Statistical channel cooperation power control (SCCPC) is used to mitigate the inter-user interference. SCCPC performs better than full power transmission, but the benefits are gradually weakened as the channel aging becomes stronger. Furthermore, strong spatial correlation reduces the SE but degrades the effect of channel aging. Increasing the number of antennas can improve the SE while decreasing the energy efficiency. Finally, we use the maximum normalized Doppler shift to design the SE-improved length of the resource block. Simulation results are presented to validate the accuracy of our expressions and prove that the CF massive MIMO system is more robust to channel aging than the SC system.


翻译:在本文中,我们调查了频道老化对无细胞(CF)大规模多投入多输出(MIIMO)系统性能的影响,这些系统既有空间相关性,也有实验性污染。我们从新的封闭式上行和下行光谱效率(SE)表达式中得出新的封闭式上行链和下行链路效率(SE),这些表达式考虑到频道估计不完善。更具体地说,我们考虑在上行中大规模脱码和匹配式过滤接收器的合作。小细胞(SC)系统的上行性能可以进行比较。CF大规模MIMO系统的上行性能比SC系统高出95 ⁇ (SE) 。在下行中,连贯一致的传输方式比不连贯的单个用户(SE)多四倍。统计式频道合作电源控制(SCPC)被用来减轻用户之间的干扰。SCPC比全部电源传输要好,但随着频道变强,收益会逐渐减弱。此外,强大的空间相关性会降低SEE(SE)系统的作用,但会降低频道变换的效果。增加天线的数量,同时降低能源效率。最后的SEEBR(SEB)系统是SIM(SIM)的正常化。

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