大規(guī)模MIMO綠色能效研究.pdf

1、未來移動通信技術(shù)將更多以能耗為導(dǎo)向進行演進，綠色通信將成為下一代移動通信技術(shù)發(fā)展的重要方向。從提升系統(tǒng)頻譜效率和能量效率兩方面看，大規(guī)模MIMO技術(shù)是未來5G系統(tǒng)極具潛力的技術(shù)之一。大規(guī)模MIMO技術(shù)大量增加無線信道空間自由度，使得頻譜效率與天線數(shù)成對數(shù)增長。在功率受限條件下，只需在天線發(fā)送端平均分配發(fā)送功率就可以獲得最優(yōu)的速率，有效提升能量效率。多天線陣列可以極大地降低多用戶信道小尺度衰落對信號的影響，但由相鄰小區(qū)導(dǎo)頻重用帶來的導(dǎo)頻污

2、染問題成為了大規(guī)模MIMO技術(shù)難題。
　　能量效率是衡量大規(guī)模MIMO技術(shù)是否“綠色”的指標之一，衡量的是每焦耳能量所能傳輸信息比特數(shù)的能力。但在很長時間里研究者們都只關(guān)注發(fā)送功率的影響，目前另外三個問題得到了越來越多的關(guān)注。（1）鏈路中電路的能量消耗。（2）下行鏈路中，由于非理想射頻模塊而出現(xiàn)的相位噪聲，同相正交相位失衡等（統(tǒng)稱硬件損耗）給系統(tǒng)性能帶來的干擾。（3）上行鏈路中，接收機A/D轉(zhuǎn)換器量化精度對信息比特的損失和能量的消

3、耗。這三個系統(tǒng)因素都會對系統(tǒng)的能量效率產(chǎn)生影響。本文主要分析這三個因素對大規(guī)模MIMO系統(tǒng)能量效率的影響。主要研究內(nèi)容如下：
　　1）下行鏈路中，大量射頻模塊將信號發(fā)送出去，硬件損耗對系統(tǒng)信號產(chǎn)生干擾。考慮到電路能量的消耗，本文建立了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)模型和鏈路損耗模型。從理論上推導(dǎo)硬件損耗與系統(tǒng)頻譜效率和能量效率的關(guān)系，對比硬件損耗與導(dǎo)頻污染產(chǎn)生的影響輕重。仿真數(shù)值結(jié)果表明，大規(guī)模MIMO技術(shù)能量效率的提升是犧牲能耗來獲取的。硬

4、件損耗也會降低系統(tǒng)頻譜效率和能量效率，但在多小區(qū)場景中，導(dǎo)頻污染才是系統(tǒng)性能降低的主要因素，導(dǎo)頻設(shè)計是大規(guī)模MIMO技術(shù)運用的關(guān)鍵。
　　2）上行鏈路中，基站接收天線用大量的A/D轉(zhuǎn)換器進行信號量化，量化精度對系統(tǒng)的能量消耗及信息損失都有直接關(guān)系。所以本文建立了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)量化模型，從理論推導(dǎo)量化比特數(shù)與系統(tǒng)頻譜效率和能量效率的關(guān)系。為提升能量效率，用粒子群算法對量化比特數(shù)和天線數(shù)進行優(yōu)化，并提出一種新的天線選擇分組量化方案