多用戶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的能量效率研究.pdf

1、作為5G中的關鍵技術，大規(guī)模MIMO技術通過在基站側配置幾十根甚至上百根天線，能夠深度挖掘空間的無線資源提高無線通信系統(tǒng)的性能，但是這些性能的提升是以增加硬件成本和能耗為代價的。能量效率作為無線通信中一個重要的衡量指標，被定義為系統(tǒng)和速率與功率之比，能夠很好的體現(xiàn)系統(tǒng)速率與功率之間的折中。以此為背景，本論文圍繞多用戶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的頻譜效率和能量效率進行研究和分析。
　　首先對多用戶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)下行鏈路的頻譜效率和能量效

2、率進行研究。分析了下行系統(tǒng)頻譜效率的近似解表達式，其次依據(jù)能效定義建立能效模型，討論了基站天線數(shù)，小區(qū)用戶數(shù)和發(fā)送功率分別對系統(tǒng)頻譜效率和能量效率的影響。仿真結果表明單小區(qū)系統(tǒng)的頻譜效率隨天線數(shù)的增加不斷增加，多小區(qū)系統(tǒng)的頻譜效率隨天線數(shù)的增加先增加后趨于一定值;多小區(qū)由于存在導頻污染和小區(qū)間干擾，其性能相對單小區(qū)較差;系統(tǒng)的能量效率均為天線數(shù)、小區(qū)用戶數(shù)和發(fā)送功率的凸函數(shù);增加發(fā)送功率只能暫時提高系統(tǒng)頻譜效率和能量效率，當發(fā)送功率超過

3、某一值時，系統(tǒng)頻譜效率趨于恒值，能量效率逐漸減小。之后，考慮上行和下行多用戶MIMO聯(lián)合系統(tǒng)和一種更為貼近實際的功耗模型，對系統(tǒng)的能效最大化進行研究。該功耗模型不僅包含了發(fā)送和接收端與天線相關的線性消耗功率，還包括了信號檢測和預編碼、編碼和解碼、回程和信道估計的消耗功率。理論分析了采用ZF處理時，如何聯(lián)合選取天線數(shù)、用戶數(shù)以及發(fā)送信噪比能夠使得系統(tǒng)能量效率達到最大。給出了能量效率與可達速率之間的閉式表達式。仿真結果表明ZF能效和可達速率