分布式天線系統(tǒng)的能效-譜效性能分析及高能效設計.pdf

1、分布式天線系統(tǒng)(Distributed Antenna System，DAS)已經(jīng)被運用于第四代移動通信系統(tǒng)長期演進系統(tǒng)(Long Term Evolution Advanced，LTE-A)的異構網(wǎng)當中，被用于提升數(shù)據(jù)鏈路可靠性和頻譜效率?？紤]未來密集覆蓋場景的需求，如何基于分布式天線架構實現(xiàn)大規(guī)模天線系統(tǒng)仍是學術界和工業(yè)界關注焦點。然而，隨著天線數(shù)目增加，為提供高速移動數(shù)據(jù)業(yè)務并提升小區(qū)邊緣用戶的體驗速率，如何解決無線接入網(wǎng)絡的功率

2、消耗與頻譜效率提升之間的矛盾成為網(wǎng)絡部署和資源優(yōu)化的焦點。此時，需要從能量效率(Energy Efficiency，EE)重新思考網(wǎng)絡部署和無線資源管理問題。
　　僅從頻譜效率的角度看，高功率，大帶寬可以使得系統(tǒng)容量得到極大提升。但從能量效率的角度考慮，由于系統(tǒng)信號處理功耗以及電路靜態(tài)功耗的存在，使得提高發(fā)射功率和增加帶寬并不總是可以提高系統(tǒng)的能量效率，甚至反而會使能量效率下降。尤其針對分布式大規(guī)模天線系統(tǒng)，迫切需要新的資源管理方

3、法來提高無線通信系統(tǒng)的能量效率。
　　本文的主要研究工作包括：1）以單小區(qū)單載波分布式天線系統(tǒng)為研究對象，重點分析了可達能量效率與用戶位置的關系，并與集中式天線系統(tǒng)進行了比較；2）以采用正交頻分復用技術（Orthogonal Frequency Division Multiple，OFDM）的分布式天線系統(tǒng)為研究對象，提出了基于系統(tǒng)能量效率的資源分配方法，并且該方法考慮了用戶間的速率公平性；3）以分布式大規(guī)模天線系統(tǒng)(Large

4、Scale Atenna System，LSAS)為研究對象，研究了將系統(tǒng)用戶劃分成簇后的高能量效率設計和資源分配問題。各章主要內容如下所示:
　　第一章概述了分布式天線系統(tǒng)的起源及發(fā)展，并簡述了 OFDM系統(tǒng)和 LSAS系統(tǒng)的關于能量效率問題的研究現(xiàn)狀，最后給出了本文主要內容和結構安排。
　　第二章以能量效率作為性能指標，以單載波系統(tǒng)作為研究對象，分析并比較了單小區(qū)分布式天線系統(tǒng)與集中式天線系統(tǒng)的性能與用戶位置的關系，推導

5、了基于用戶位置的能量效率的上下界，尤其針對小區(qū)邊緣用戶位置的能效性能進行了分析和仿真，接著針對多用戶場景，分析了系統(tǒng)能效與頻譜的關系。在單小區(qū)環(huán)境下的仿真結果表明，采用分布式天線系統(tǒng)可為小區(qū)邊緣用戶提供較集中式天線系統(tǒng)更好的能量效率，但可達能效與用戶距離中心基站的距離呈非單調遞減的關系，并且系統(tǒng)能效與譜效呈擬凸關系。
　　第三章研究了分布式天線OFDM系統(tǒng)下基于能量效率的資源分配問題。本文提出將資源分配的組合優(yōu)化問題分解成載波分配

6、和功率分配兩個子問題，并且充分考慮各用戶速率的比例公平性。在功率分配時，依次使得各天線的能效最優(yōu)以達到全系統(tǒng)能效的次優(yōu)，并采用次梯度算法，通過有限次迭代得到各載波的功率值。在單小區(qū)多用戶環(huán)境下的仿真結果表明，提出的載波分配和功率分配方法能有效提高系統(tǒng)的能量效率，并且滿足各用戶速率的比例公平性。
　　第四章研究了分布式大規(guī)模天線系統(tǒng)的高能效設計問題，研究對象是自適應調制下的有效能量效率。本文提出，先基于大尺度衰落將用戶與分布式天線相

7、關聯(lián)并形成原始簇，給定簇間干擾閾，再根據(jù)簇間干擾閾將相互之間干擾較強的用戶整合成一簇。從而，當簇間干擾閾較大時，簇與簇之間的干擾可以忽略不計，因此最大化系統(tǒng)有效能效的目標可通過最大化各簇有效能效來實現(xiàn)。并且，通過簇間干擾閾的自適應調整可以進一步提高系統(tǒng)的有效能效性能。在基站天線網(wǎng)格式布置環(huán)境下的仿真結果表明，在考慮BBU處理功耗時，提出的設計方案能達到較好的有效能量效率性能。
　　第五章總結了本文的研究工作，并且給出了本文可以擴展