基于能量效率優(yōu)化的終端發(fā)送技術研究.pdf

1、隨著無線通信技術的高速發(fā)展，用戶對于無線業(yè)務的需求也越來越高，這一切都集中反映出了日益增長的無線數據速率要求。這使得現有的無線通信系統(tǒng)受到頻譜資源緊缺和能耗嚴重的雙重挑戰(zhàn)。隨著3G甚至是4G通信網絡的廣泛架設，可以預見無線通信的能耗將會迅猛增長。作為無線通信系統(tǒng)中能耗的重要組成部分，提高發(fā)送端的能效對于降低通信系統(tǒng)的能耗有著重要的現實意義。同時由于移動終端便攜性和移動性要求所帶來的體積和重量限制，以及電池材料發(fā)展的相對緩慢，造成了現有移

2、動通信終端的“電池瓶頸”。因此除了節(jié)能環(huán)保的意義，提高終端發(fā)送能效同樣可以延長有效通信時間。因此如何通過終端發(fā)送技術，提高終端發(fā)送能效是一個亟待解決的問題。本文研究兩個終端發(fā)送場景:點對點單用戶鏈路和多點對點多用戶發(fā)送。并分別提出了基于能效的鏈路自適應發(fā)送技術和多用戶自適應發(fā)送策略，來根據系統(tǒng)的CSIT，干擾狀態(tài)和目標頻譜效率等自適應調整發(fā)送速率，發(fā)射功率，多天線模式，協(xié)作方式等來提高終端發(fā)送能效。
　　首先，本文研究在非完美的發(fā)

3、送端信道狀態(tài)信息下，OSTBC-MIMO系統(tǒng)的能效鏈路自適應問題。之前基于完美信道狀態(tài)信息的研究和基于統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的研究都可以歸為本章研究問題的極限情況。同時，我們不僅僅考慮常值的放大器效率，還考慮MQAM調制時，由于非恒包絡調制而造成的與調制階數相關的放大器效率。盡管建模的問題是非凸的，通過廣義凸優(yōu)化的理論，我們推導出在即時BER約束下，能效最優(yōu)的發(fā)送速率和發(fā)射功率的閉式表達結果。根據這個表達結果，我們進一步給出完美信道狀態(tài)信息和

4、統(tǒng)計信道狀態(tài)信息下的極限結果。
　　然后我們分別討論了通過自適應的多天線選擇和訓練序列優(yōu)化機制來提高點對點鏈路的能效。針對能效優(yōu)化的多天線自適應選擇，我們提出了一種基于能效優(yōu)化的一般性天線選擇合并機制，即EE-GSC機制。通過該機制，我們實現了發(fā)送端多天線分集增益和電路功耗的最優(yōu)折中，來最大化鏈路的能效?；陧樞蚪y(tǒng)計理論，我們推導出了在目標頻譜效率下，平均發(fā)射天線數和平均發(fā)送能效。并基于推導出的理論結果，給出了一些特殊情況的分析。

5、針對能效優(yōu)化的訓練序列自適應功率分配，我們分別分析了基于訓練序列的有反饋MIMO系統(tǒng)和無反饋MIMO系統(tǒng)。首先，我們考慮了無反饋MIMO系統(tǒng)中，發(fā)送端發(fā)送功率在各個天線上平均分配的情況。當訓練序列功率固定時，我們給出了能效最優(yōu)的數據序列功率，同時證明了它的存在唯一性。當數據序列功率和訓練序列功率都可變時，我們提出了一種收斂的交替優(yōu)化算法，獲得能效優(yōu)化的數據序列功率和訓練序列功率。接著，我們分析了有反饋的MIMO系統(tǒng)，發(fā)送功率在各個天線上

6、注水分配的情況。當訓練序列功率固定時，我們給出了最優(yōu)的數據序列功率和其對應的有效發(fā)送天線數。盡管有效發(fā)送天線數目是離散的，我們仍證明了它們的存在唯一性。當數據序列功率和訓練序列功率都可變時，我們提出了一種類似的收斂的交替優(yōu)化算法，獲得能效優(yōu)化的數據序列功率和訓練序列功率。通過這些算法的數值結果，我們討論了多天線配置，電路功耗和塊衰落長度對于發(fā)送端能效的影響。
　　接著我們研究了多用戶無用戶間協(xié)作系統(tǒng)中，用戶通過分布式功率控制，在實

7、現目標SINR的約束下，最小化總的發(fā)射功耗，以提高用戶能效的問題。對于系統(tǒng)中發(fā)射用戶較少，每個用戶都可以達到目標SINR，即系統(tǒng)可行時，我們證明了采用ZF和MMSE接收機，多用戶采用標準功控算法時，可以收斂到最優(yōu)的發(fā)射功率。當系統(tǒng)中發(fā)射用戶較多，或者用戶目標SINR較大時，不能保證每個用戶都可以達到目標SINR，即系統(tǒng)不可行時，我們提出了具有用戶軟移除的分布式功控算法。通過廣義標準的理論，我們證明了該算法的收斂性。通過數值結果，我們證明

8、了該算法通過軟移除不可行用戶，不僅僅提高了用戶的能效，而且降低了系統(tǒng)中用戶的掉線概率。
　　最后我們提出在有用戶間協(xié)作的MU-SIMO系統(tǒng)中，目標頻譜效率下，一種分布式的能效優(yōu)化體制。我們將該體制分為兩個部分。在第一個部分，我們回答這樣一個問題，即:“在MU-SIMO協(xié)作集合內，用戶間如何協(xié)作？”。我們給出目標頻譜效率下，在MU-SIMO協(xié)作集合內，每個用戶在各個RB上最優(yōu)發(fā)送能效功率分配的閉式表達式。在第二個部分，我們回答“用戶