The cell-free MIMO concept relying on hybrid precoding constitutes an innovative technique capable of dramatically increasing the network capacity of millimeter-wave (mmWave) communication systems. It dispenses with the cell boundary of conventional multi-cell MIMO systems, while drastically reducing the power consumption by limiting the number of radio frequency (RF) chains at the access points (APs). In this paper, we aim for maximizing the weighted sum rate (WSR) of mmWave cell-free MIMO systems by conceiving a low-complexity hybrid precoding algorithm. We formulate the WSR optimization problem subject to the transmit power constraint for each AP and the constant-modulus constraint for the phase shifters of the analog precoders. A block coordinate descent (BCD) algorithm is proposed for iteratively solving the problem. In each iteration, the classic Lagrangian multiplier method and the penalty dual decomposition (PDD) method are combined for obtaining near-optimal hybrid analog/digital precoding matrices. Furthermore, we extend our proposed algorithm for deriving closed-form expressions for the precoders of fully digital cell-free MIMO systems. Moreover, we present the convergency analysis and complexity analysis of our proposed method. Finally, our simulation results demonstrate the superiority of the algorithms proposed for both fully digital and hybrid precoding matrices.


翻译:依靠混合预编码的无细胞MIMO概念是一种创新技术,能够大幅提高毫米波(mmWave)通信系统的网络能力。它与常规多细胞MIMO系统的细胞界限无关,同时通过限制接入点的无线电频率链数而大幅度降低电力消耗量。在本文件中,我们的目标是通过设想一种低复杂混合混合预编码算法,最大限度地扩大毫米无细胞MIMO系统的加权和加权总和率(WSR ) 。我们制定了WSR优化问题,但每个AP的传输力受限制,而模拟预译器的阶段转换器则受恒定模限制。为了迭代解决问题,建议采用一个块协调下沉(BCD)算法。在每次迭代计算中,将传统的Lagrangeian乘数法和二元分立法(PDDD)相结合,以获得近于最佳的混合模拟/数字预编码矩阵。此外,我们提出了用于为目前完全数字集化的混合模型分析、最后的模型分析结果和完全数字化的模型。

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