高能效多天線系統(tǒng)關(guān)鍵問題研究.pdf

1、伴隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，無線通信系統(tǒng)所消耗的能量日益增加。此外，相對(duì)滯后的電池技術(shù)也在一定程度上限制了無線設(shè)備的使用時(shí)間及使用范圍?；谝陨蟽牲c(diǎn)原因，綠色通信，也即高能效通信，近年來引起了人們的關(guān)注。而多天線技術(shù)已經(jīng)在無線通信各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，但多天線技術(shù)本身就進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的能耗與復(fù)雜度。因此本文針對(duì)多天線系統(tǒng)中的高能效設(shè)計(jì)問題進(jìn)行討論，主要工作如下:
　　一、研究了單用戶MIMO系統(tǒng)高能效天線數(shù)目問題。建立了問題

2、所對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型后，首先從理論上分析了發(fā)送功率及收發(fā)天線數(shù)目對(duì)能效的影響，得到了能效函數(shù)是發(fā)送功率的擬凹函數(shù)，以及能效隨發(fā)送天線數(shù)目或接收天線數(shù)目增加呈現(xiàn)先上升后下降至零的結(jié)論，并在此理論分析基礎(chǔ)上，提出了一種復(fù)雜度較低的收發(fā)天線數(shù)目與發(fā)送功率的聯(lián)合優(yōu)化算法。仿真結(jié)果表明了理論分析的正確性以及所提出聯(lián)合優(yōu)化算法的有效性。
　　二、針對(duì)單用戶MIMO系統(tǒng)高能效開環(huán)與閉環(huán)傳輸設(shè)計(jì)問題進(jìn)行討論。在開環(huán)MIMO傳輸系統(tǒng)中，研究了導(dǎo)頻與數(shù)據(jù)

3、間的功率分配問題，首先將問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)功率優(yōu)化問題，并提出了相應(yīng)的迭代算法，在此基礎(chǔ)上，還研究了能效函數(shù)的Jensen上界函數(shù)優(yōu)化問題，并提出了相應(yīng)的迭代算法。在閉環(huán)MIMO傳輸系統(tǒng)中，考慮了信道估計(jì)和反饋帶來的信道誤差，將問題建模為一個(gè)最大化最小能效的魯棒性問題，分別優(yōu)化不同場(chǎng)景下輸入信號(hào)自相關(guān)矩陣以及導(dǎo)頻信號(hào)功率，并給出了相應(yīng)的迭代算法。通過仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所提出算法可有效提高M(jìn)IMO系統(tǒng)開環(huán)與閉環(huán)傳輸?shù)哪苄А?br>　　三、以能效作

4、為優(yōu)化目標(biāo)，在保證用戶QoS的情況下，討論了一般場(chǎng)景以及采用迫零波束賦形時(shí)的最優(yōu)線性預(yù)編碼問題。建立相應(yīng)的優(yōu)化問題后，首先分析了問題的可解性。之后對(duì)于一般場(chǎng)景，根據(jù)接收均方誤差與傳輸速率間的關(guān)系對(duì)問題進(jìn)行轉(zhuǎn)化，利用分式規(guī)劃的性質(zhì)提出最優(yōu)線性預(yù)編碼的迭代算法，并利用凸優(yōu)化方法對(duì)迭代算法中的子問題進(jìn)行分析。而對(duì)于迫零波束賦形場(chǎng)景，則將問題轉(zhuǎn)化為不同用戶間的功率分配問題，利用分式規(guī)劃中的方法進(jìn)行求解。仿真結(jié)果表明，本文提出的算法收斂性好，并且

5、可以在保證用戶QoS的情況下有效提高系統(tǒng)的能效。
　　四、對(duì)多用戶MIMO多播系統(tǒng)高能效線性預(yù)編碼設(shè)計(jì)問題進(jìn)行討論，主要分析了高能效預(yù)編碼與天線選擇的聯(lián)合優(yōu)化。之前的多播預(yù)編碼的主要優(yōu)化目標(biāo)為最大化最小SNR，但該問題無法得到最優(yōu)解并且復(fù)雜度較高，本文提出通過最大化加權(quán)和速率來獲得多播預(yù)編碼，得到了一些特殊場(chǎng)景下的解析表達(dá)式，并給出了一種基于梯度下降法的迭代算法。而由于不同的激活天線數(shù)會(huì)影響系統(tǒng)能效，因此提出了一種復(fù)雜度較低的天線

6、選擇算法。最后通過仿真對(duì)所提出的算法進(jìn)行了驗(yàn)證，相比之前的方案，本文提出的方案可以有效提高多天線多播系統(tǒng)的能效。
　　五、分析了有限協(xié)作下的高能效CoMP系統(tǒng)功率分配問題。首先研究了最大化平均能效的CoMP系統(tǒng)功率分配問題，將其建模為一個(gè)非合作博弈問題，在原有能效作為效用函數(shù)的基礎(chǔ)上引入了代價(jià)函數(shù)，證明了此時(shí)納什均衡的存在性與唯一性，并提出一種復(fù)雜度較低的代價(jià)函數(shù)更新方法。接下來分析了最大化最小加權(quán)能效的CoMP系統(tǒng)功率分配問題，