Vector Coded Caching Multiplicatively Boosts MU-MIMO Systems Under Practical Considerations

Hui Zhao

doi:10.1109/TWC.2026.3657230

2026-01-29

PRE

Hui Zhao

Petros Elia

DOI：10.1109/TWC.2026.3657230

原文链接

原文求助

摘要

En 中文

本研究首次对多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统在多接收天线和可变路径损耗条件下的矢量编码缓存（VCC）影响进行了全面分析——这两项关键因素显著影响具有固有MU单播行为的系统。我们研究了两种广泛采用的预编码策略：（i）发射端采用块对角化（BD）与接收端结合最大比合并（MRC），以及（ii）零强制（ZF）预编码。我们的分析明确考虑了实际因素，如信道衰落、信道状态信息（CSI）获取开销和公平性导向的功率分配。我们的贡献涵盖分析性和仿真性两方面。在分析层面，我们推导了BD-MRC和ZF下的可达吞吐量解析表达式，突出了为多天线用户配备缓存辅助干扰管理所带来的性能优势。具体而言，我们开发了一种低复杂度的BD-MRC优化方法，该方法利用矩阵结构显著降低预编码计算涉及的维度，随后通过高效的逐次搜索解决相关最大最小公平性问题。在巨量MIMO场景中，我们还推导了瑞利衰落信道下的可达吞吐量渐近表达式。仿真验证了我们的理论结果，证实VCC相比优化的无缓存MU-MIMO系统可实现显著性能增益。例如，在32个发射天线和每个用户2个接收天线的配置下，VCC的吞吐量提升超过300%。这些增益在不完美发射端CSI条件下进一步放大，VCC将干扰缓解任务卸载至接收端的能力确保了即使在CSI质量下降和获取成本增加的情况下仍能保持稳健性能。

Keyword:

Coded caching

max-min fairness

precoding

power allocation

MU-MIMO