In practical cell-free (CF) massive multiple-input multiple-output (MIMO) networks with distributed and low-cost access points, the asynchronous arrival of signals at the user equipments increases multi-user interference that degrades the system performance. Meanwhile, rate-splitting (RS), exploiting the transmission of both common and private messages, has demonstrated to offer considerable spectral efficiency (SE) improvements and its robustness against channel state information (CSI) imperfection. The signal performance of a CF massive MIMO system is first analyzed for asynchronous reception capturing the joint effects of propagation delays and oscillator phases of transceivers. Taking into account the imperfect CSI caused by asynchronous phases and pilot contamination, we derive novel and closed-form downlink SE expressions for characterizing the performance of both the RS-assisted and conventional non-RS-based systems adopting coherent and non-coherent data transmission schemes, respectively. Moreover, we formulate the design of robust precoding for the common messages as an optimization problem that maximizes the minimum individual SE of the common message. To address the non-convexity of the design problem, a bisection method is proposed to solve the problem optimally. Simulation results show that asynchronous reception indeed destroys both the orthogonality of the pilots and the coherent data transmission resulting in poor system performance. Besides, thanks to the uniform coverage properties of CF massive MIMO systems, RS with a simple low-complexity precoding for the common message obtained by the equal ratio sum of the private precoding is able to achieve substantial downlink sum SE gains, while the application of robust precoding to the common message is shown to be useful in some extreme cases, e.g., serious oscillator mismatch and unknown delay phase.


翻译:在实际的无细胞(CF)大规模多发多发多发网络(MIMO)中,大量多发多发多发多发网络(MIMO)的信号性能首次被分析为不同步的接收,以捕捉传播延迟和转录器振动阶段的共同效应。考虑到不同步阶段和试点污染造成的CSI不完善,我们从分率(RS)中获取新颖和封闭式的下行链接SE表达式来描述RS辅助和常规非RS基系统的性能,分别采用一致和非趋同性的数据传输计划。此外,我们为CFMIMO大规模下流的信号性能设计了稳健的预变前状态,将普通信息最起码的SEOlick延迟阶段和振动振动振动振动振荡器阶段的联动性效果。在SOCRFIFS中,SMSM(SLIF)模拟的性变现到不连续性变现性变现式系统,同时将SUDRUDR(O)的结果显示不连续性变现为不连续的交付阶段。

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