大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中基于天線分組技術(shù)的能效分析.pdf

1、大規(guī)模MIMO系統(tǒng)在基站端部署大規(guī)模的天線陣元，利用空間復(fù)用、傳輸分集和波束賦形等挖掘空間增益，有效提升譜效和能效，是5G的關(guān)鍵技術(shù)之一。但由于基站天線數(shù)量可達(dá)上百支，密集的天線部署會導(dǎo)致相關(guān)性高的天線子集和相關(guān)性低的天線子集并存。天線之間的相關(guān)性會影響系統(tǒng)容量，如果不根據(jù)射頻鏈路的特性充分挖掘天線的利用效率，系統(tǒng)將難以獲得預(yù)期的增益。天線分組技術(shù)利用天線之間的相關(guān)性將基站端天線分成若干組，相關(guān)性高的天線組通過波束賦形和預(yù)編碼的設(shè)計(jì)，消

2、除終端用戶間的干擾；相關(guān)性低的天線組進(jìn)行空間復(fù)用，滿足最大化數(shù)據(jù)速率的要求，最終使得系統(tǒng)在獲得較高譜效的同時得到較好的誤比特率性能。但綠色通信的愿景要求未來無線網(wǎng)絡(luò)不僅具有高譜效，還應(yīng)具有高能效，所以，對于無線網(wǎng)絡(luò)來說，能效變得至關(guān)重要。因此，針對大規(guī)模天線陣列的相關(guān)特性，本文基于天線分組技術(shù)，研究大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的能效優(yōu)化問題。論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1)針對大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的能效優(yōu)化問題，構(gòu)建基于天線分組的單

3、用戶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)模型，研究天線分組技術(shù)對能效的影響。首先建立大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中基于能效的天線分組系統(tǒng)模型；以最大化系統(tǒng)能效為優(yōu)化目標(biāo)，分析天線分組過程中，每組天線數(shù)對大規(guī)模MIMO下行鏈路系統(tǒng)容量、功耗以及能效的影響；提出了基于二分法的組內(nèi)天線數(shù)最優(yōu)值求解算法。仿真結(jié)果表明當(dāng)信道相關(guān)系數(shù)變大，即信道相關(guān)性變強(qiáng)時，使用天線分組技術(shù)可以有效提高系統(tǒng)能效；存在使系統(tǒng)能效達(dá)到最優(yōu)的每組天線數(shù)唯一解，使用所提基于二分法的最優(yōu)天線數(shù)求解算法

4、能夠快速收斂至該唯一解。當(dāng)發(fā)送功率為10dBm時，與使用所有天線相比，采用本文提議的天線分組及組內(nèi)天線數(shù)優(yōu)化策略可使系統(tǒng)能效大約提升28％。
　　2)為進(jìn)一步提升基于天線分組的大規(guī)模MIMO多用戶系統(tǒng)的能效，本文提出了一種天線分組和功率分配聯(lián)合優(yōu)化方案。該方案以最大化能效為目標(biāo)，優(yōu)化組間功率分配和組內(nèi)最優(yōu)天線數(shù)?；谒岱桨?，構(gòu)建了能效優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型，證明了組間最優(yōu)功率分配解的存在性。優(yōu)化問題的求解采用了標(biāo)準(zhǔn)迭代優(yōu)化算法，結(jié)合