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的關鍵技術(shù)之一。但由于基站天線數(shù)量可達上百支，密集的天線部署會導致相關性高的天線子集和相關性低的天線子集并存。天線之間的相關性會影響系統(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)將難以獲得預期的增益。天線分組技術(shù)利用天線之間的相關性將基站端天線分成若干組，相關性高的天線組通過波束賦形和預編碼的設計，消

2、除終端用戶間的干擾；相關性低的天線組進行空間復用，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)絡不僅具有高譜效，還應具有高能效，所以，對于無線網(wǎng)絡來說，能效變得至關重要。因此，針對大規(guī)模天線陣列的相關特性，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，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)果表明當信道相關系數(shù)變大，即信道相關性變強時，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，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準迭代優(yōu)化算法，結(jié)合