Future wireless communications are largely inclined to deploy a massive number of antennas at the base stations (BS) by exploiting energy-efficient and environmentally friendly technologies. An emerging technology called dynamic metasurface antennas (DMAs) is promising to realize such massive antenna arrays with reduced physical size, hardware cost, and power consumption. This paper aims to optimize the energy efficiency (EE) performance of DMAs-assisted massive MIMO uplink communications. We propose an algorithmic framework for designing the transmit precoding of each multi-antenna user and the DMAs tuning strategy at the BS to maximize the EE performance, considering the availability of the instantaneous and statistical channel state information (CSI), respectively. Specifically, the proposed framework includes Dinkelbach's transform, alternating optimization, and deterministic equivalent methods. In addition, we obtain a closed-form solution to the optimal transmit signal directions for the statistical CSI case, which simplifies the corresponding transmission design. The numerical results show good convergence performance of our proposed algorithms as well as considerable EE performance gains of the DMAs-assisted massive MIMO uplink communications over the baseline schemes.


翻译:未来无线通信主要倾向于利用节能和环保技术,在基站部署大量天线。新兴技术称为动态超表层天线(DMAs),有望实现体积、硬件成本和电耗减少的大型天线阵列。本文件旨在优化DMAs协助的大型MIMO上行连接通信的能效(EE)性能。我们提出了一个算法框架,用于设计多保险用户的传输预码和BSDMAs调控战略,以最大限度地实现EE的性能,同时考虑瞬时和统计频道状态信息的可得性能。具体地说,拟议框架包括Dinkelbach的变换、交替优化和确定等效方法。此外,我们获得了一种封闭式解决方案,以最佳方式传输CSI案例的信号方向,从而简化了相应的传输设计。数字结果显示,我们拟议的算法的合并性能良好,以及DMIMO辅助大型上行通信在基线计划上取得相当大的EEEE性业绩收益。

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