大規(guī)模天線系統(tǒng)功率控制方法研究.pdf

1、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的高速發(fā)展和移動終端的快速普及對移動通信系統(tǒng)的譜效提出了越來越高的要求，大規(guī)模天線技術(shù)因其高譜效特點而成為下一代移動通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。然而，天線數(shù)目的增加會帶來系統(tǒng)功耗的增加，資源的復(fù)用會引入形式復(fù)雜的干擾，導(dǎo)頻污染會限制大規(guī)模天線系統(tǒng)性能的提升。針對這些問題，本文分析了大規(guī)模天線系統(tǒng)中的通信性能并研究了大規(guī)模天線系統(tǒng)中的功率控制方法。
　　首先，研究了大規(guī)模天線系統(tǒng)的用戶性能。首先在理想信道狀態(tài)信息情況下，分別推導(dǎo)出

2、了在最大混合比接收和迫零接收情況下的用戶接收信干噪比統(tǒng)計表達式，并分析了兩者之間的性能差異。其次，在非理想信道狀態(tài)信息情況下，推導(dǎo)出了最小均方誤差信道估計、迫零接收情況下的用戶信干噪比表達式。然后，利用了高維信道向量的統(tǒng)計特點，對用戶接收信干噪比的構(gòu)成進行了定量的分析，得到了導(dǎo)頻功率與干擾噪聲間的線性規(guī)律。同時，對用戶接收信干噪比關(guān)于用戶導(dǎo)頻功率進行了漸近性分析，得到了一個用戶信干噪比的上界。最后，在導(dǎo)頻污染嚴(yán)重的場景下，定義了每用戶能

3、效，并提出了一種可供參考的導(dǎo)頻功率分配方法。仿真結(jié)果驗證了用戶接收信干噪比的實時結(jié)果與統(tǒng)計結(jié)果相吻合。
　　然后，研究了基于標(biāo)準(zhǔn)干擾函數(shù)的大規(guī)模天線系統(tǒng)功率控制方法。通過利用高維信道向量統(tǒng)計特性、詹森不等式以及分式規(guī)劃等近似變換操作，得到一個包含變量耦合的凸優(yōu)化問題，而變量耦合會使得數(shù)值計算方法異常復(fù)雜。為了解決這類無法直接求取閉式解的問題，提出了基于標(biāo)準(zhǔn)干擾函數(shù)的功率控制方法，該方法求解得到一個關(guān)于功率的隱式表達式，然后進行迭代

4、更新，標(biāo)準(zhǔn)干擾函數(shù)的固有性質(zhì)保證了這個收斂過程會很快實現(xiàn)收斂，并會收斂到全局最優(yōu)點。仿真結(jié)果驗證了所提算法能夠極快的收斂到窮搜法所實現(xiàn)最大能效點。
　　最后，研究了基于粒子群算法和多目標(biāo)進化算法的大規(guī)模天線系統(tǒng)功率控制方法。一方面，從能效優(yōu)化角度出發(fā)，經(jīng)過一系列變化操作得到一個凸優(yōu)化問題，然后利用拉格朗日對偶方法和粒子群算法，通過簡單的迭代計算，搜索得到最優(yōu)能效對應(yīng)的功率配置;另一方面，從多目標(biāo)優(yōu)化角度出發(fā)，提出了基于多目標(biāo)進化算