大規(guī)模MIMO系統(tǒng)能效優(yōu)化研究.pdf

1、通過使用大規(guī)模天線陣完成數據傳輸，大規(guī)模多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）系統(tǒng)可以將波束能量集中到很小的空間區(qū)域，從而節(jié)省發(fā)射功率并降低對非目標用戶的干擾，因此可以實現(xiàn)比傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)更高的能量效率，是重要的5G（5 Generation，第五代移動通信系統(tǒng)）候選技術。隨著全球變暖的不斷加劇，能效優(yōu)化成為科研和工程實現(xiàn)的一個重要的關注點，在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，由于大量射頻鏈路消耗的

2、功率較大，使用所有天線完成數據傳輸會造成能效損失，另外，系統(tǒng)復雜化為能效進一步優(yōu)化提供了空間，因此大規(guī)模MIMO的能效優(yōu)化問題近年來得到了廣泛的研究。本文重點關注考慮射頻鏈路功耗的天線選擇問題以及天線數、用戶數和發(fā)射功率聯(lián)合優(yōu)化問題，本文的主要工作有：
　　1.對低復雜度天線選擇算法進行了研究。針對大規(guī)模 MIMO系統(tǒng)天線數目較多，天線選擇復雜度較高的問題，首先介紹了一種以最小平均誤差作為目標函數的上行天線選擇算法，該算法可以轉化

3、為一個稀疏近似問題，并通過現(xiàn)有成熟的稀疏近似方法進行求解。基于稀疏近似的方法，提出了一種適用于大規(guī)模MIMO多用戶系統(tǒng)的天線選擇算法，該方法利用大規(guī)模天線陣所能獲得的信號分集，以信道矩陣作為測量字典，通過稀疏近似方法求解低相關性的天線集。該方法考慮天線相關性，在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中性能優(yōu)于不考慮天線選擇的低復雜度天線選擇算法，仿真結果表明，天線相關性越強，該算法的性能優(yōu)勢越明顯。
　　2.對迫零（Zero Forcing，ZF）預

4、編碼方式下的天線數、用戶數和發(fā)射功率聯(lián)合能效優(yōu)化進行了研究。通過對ZF預編碼方式下遍歷能效的分析，結合分式優(yōu)化算法，給出了多用戶場景下的天線數、發(fā)射功率和用戶數的聯(lián)合優(yōu)化方法及其退化形式。在優(yōu)化過程中，發(fā)射功率和天線數優(yōu)化問題均可轉化為一種可以快速求解的形式，且滿足相互迭代的條件；用戶數優(yōu)化問題也可以通過二分法來求解；三者的聯(lián)合優(yōu)化也可根據由表達式得出的性質進行簡化。仿真結果表明，該算法在相關和非相關信道下均可實現(xiàn)近似最優(yōu)的能效。

5、>　　3.對最大比發(fā)射（Maximum Ratio Transmission，MRT）預編碼方式下的天線數、發(fā)射功率優(yōu)化算法進行研究。根據ZF預編碼方式下的聯(lián)合優(yōu)化方法的思路，對MRT預編碼方式下的遍歷能效進行推導，給出了MRT預編碼方式下應用該方法的相關證明及方法的具體形式。本文對多用戶系統(tǒng)和單用戶系統(tǒng)兩種系統(tǒng)模型均進行了研究，對于單用戶系統(tǒng)，考慮了信道狀態(tài)信息（Channel State Information，CSI）已知和未知兩