多用户MIMO基于ZFBF的SINR表达式(完美CSI)

上行传输,已知信道为G,基于ZFBF的接收机矩阵为A^{H}=\left(G^{H} G\right)^{-1}G^{H},并且有性质:

A^{H}G=\left(G^{H} G\right)^{-1}G^{H}G=\left(G^{H} G\right)^{-1}(G^{H}G)=I

如文献[1]公式(18),基于ZFBF的速率表达式为:

R_{\mathrm{P}, k}^{\mathrm{zf}}=\mathbb{E}\left\{\log _{2}\left(1+\frac{p_{\mathrm{u}}}{\left[\left(G^{H} G\right)^{-1}\right]_{k k}}\right)\right\}

其中多用户干扰由于ZFBF策略是0,但是我不理解为什么噪声功率会是\left(G^{H} G\right)^{-1}的第kk项。想了好久,主要是要用矩阵的思维来思考。。

对于用户k,其噪声功率为\left\|\boldsymbol{a}_{k}\right\|^{2},其中\boldsymbol{a}_{k}A的第k列,因此有

\left\|\boldsymbol{a}_{k}\right\|^{2}=\boldsymbol{a}^H_{k}\boldsymbol{a}_{k}=[A^{H}A]_{kk}

\begin{aligned} &\left\|\boldsymbol{a}_{k}\right\|^{2}=\boldsymbol{a}^H_{k}\boldsymbol{a}_{k}=[A^{H}A]_{kk}\\ &=[\left(G^{H} G\right)^{-1}G^{H}G\left(G^{H} G\right)^{-1}]_{kk} \\ &=[\left(G^{H} G\right)^{-1}(G^{H}G)\left(G^{H} G\right)^{-1}]_{kk} \\ &=[\left(G^{H} G\right)^{-1}]_{kk} \end{aligned}

[1] H. Q. Ngo, E. G. Larsson and T. L. Marzetta, "Energy and Spectral Efficiency of Very Large Multiuser MIMO Systems," in IEEE Transactions on Communications, vol. 61, no. 4, pp. 1436-1449, April 2013.

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