This work focuses on the promising Rate-Splitting Multiple Access (RSMA) and its beamforming design problem to achieve max-min fairness (MMF) among multiple co-channel multicast groups with imperfect channel state information at the transmitter (CSIT). Contrary to the conventional linear precoding (NoRS) that relies on fully treating any residual interference as noise, we consider a novel multigroup multicast beamforming strategy based on RSMA. RSMA relies on linearly precoded Rate-Splitting (RS) at the transmitter and Successive Interference Cancellation (SIC) at the receivers, and has recently been shown to enable a flexible framework for non-orthogonal transmission and robust interference management in multi-antenna wireless networks. In this work, we characterize the MMF Degrees-of-Freedom (DoF) achieved by RS and NoRS in multigroup multicast with imperfect CSIT and demonstrate the benefits of RS strategies for both underloaded and overloaded scenarios. Motivated by the DoF analysis, we then formulate a generic transmit power constrained optimization problem to achieve MMF rate performance. The superiority of RS-based multigroup multicast beamforming compared with NoRS is demonstrated via simulations in both terrestrial and multibeam satellite systems. In particular, due to the characteristics and challenges of multibeam satellite communications, our proposed RS strategy is shown promising to manage its interbeam interference.

中文翻译：

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多组多播和多波束卫星系统的速率分割多址接入

这项工作的重点是有前途的速率分割多址 (RSMA) 及其波束成形设计问题，以在发射机 (CSIT) 的信道状态信息不完善的多个同信道多播组之间实现最大-最小公平性 (MMF)。与依赖于将任何残余干扰完全视为噪声的传统线性预编码 (NoRS) 不同，我们考虑了一种基于 RSMA 的新型多组多播波束成形策略。RSMA 依赖于发射器的线性预编码速率分割 (RS) 和接收器的连续干扰消除 (SIC)，并且最近已被证明可以为多天线无线网络中的非正交传输和稳健的干扰管理提供灵活的框架. 在这项工作中，我们描述了 RS 和 NoRS 在具有不完美 CSIT 的多组多播中实现的 MMF 自由度 (DoF)，并展示了 RS 策略在欠载和过载情况下的优势。受 DoF 分析的启发，我们然后制定了一个通用的发射功率约束优化问题来实现 MMF 速率性能。通过在地面和多波束卫星系统中进行仿真，证明了基于 RS 的多组多播波束成形与 NoRS 相比的优越性。特别是，由于多波束卫星通信的特点和挑战，我们提出的 RS 策略显示出有希望管理其波束间干扰。然后我们制定了一个通用的发射功率约束优化问题来实现 MMF 速率性能。通过在地面和多波束卫星系统中进行仿真，证明了基于 RS 的多组多播波束成形与 NoRS 相比的优越性。特别是，由于多波束卫星通信的特点和挑战，我们提出的 RS 策略显示出有希望管理其波束间干扰。然后我们制定了一个通用的发射功率约束优化问题来实现 MMF 速率性能。通过在地面和多波束卫星系统中进行仿真，证明了基于 RS 的多组多播波束成形与 NoRS 相比的优越性。特别是，由于多波束卫星通信的特点和挑战，我们提出的 RS 策略显示出有希望管理其波束间干扰。