分布式MIMO系统的能量效率技术研究
发布时间：2020-07-12 17:10
【摘要】：下一代移动网络在传输速率大大超越了4G网络,移动通信能力相比上一代的移动网络有了更大的提高。但是产生的能量损耗也越来越严重。如何在保证系统性能的同时提高资源的有效利用率成为绿色通信的主要难题,这使得能量效率(Energy Efficiency,EE)的研究更加具有实际意义。同时分布式MIMO(MultipleInput Multiple-Output)系统作为新一代移动网络的核心技术之一,结合了传统MIMO技术和分布式天线系统(Distributed Antenna Systems,DAS)的优点,能够显著提高系统容量,增加信号的覆盖范围。所以研究分布式MIMO系统的绿色通信技术具有实际应用意义。论文以国家自然科学基金项目“分布式天线移动通信系统的能效技术研究”(61601300)为背景,研究了分布式MIMO系统的能量效率及其相关内容。本论文的主要工作如下:1)研究了分布式MIMO系统基于中断容量的能量效率,首先对单用户分布式MIMO系统进行建模,分别给出不同情况下遍历容量和中断容量的互信息表达式,并基于实际功率损耗模型和理想功率损耗模型分别推导出相应的能量效率表达式。根据能量效率模型从理论上研究了基于中断容量的能量效率的性质,仿真结果证明了基于中断容量的能量效率与实际功率损耗之间存在折衷关系。其次,根据分布式MIMO系统基于中断容量的能量效率模型,仿真分析了小区半径,中断概率和路径损耗指数三者分别与基于中断容量的能量效率之间的关系。2)研究了分布式MIMO系统的能量效率优化的相关内容,首先研究了最大化能量效率的功率分配优化问题,给出了基于次梯度的功率分配算法的流程图,并与基于二分法的功率分配算法进行对比分析,仿真结果表明以能量效率为优化目标的次梯度功率分配方法在保证系统容量的同时还能减少能量的消耗。这说明在以能量效率为准则的功率分配方案设计可以在系统容量和能量消耗之间取得折衷。其次,为了提高分布式MIMO系统的能量效率,提出了基于路径损耗的天线选择与功率分配算法,该算法的主要思想是用户以路径损耗信息作为天线选择的准则,与目标天线匹配完后再进行功率分配,以达到提高系统能量效率的目的。仿真结果表明,该算法能显著提升系统容量和能量效率,并在一定范围内,随着天线选择数目的增加,系统容量和能量效率的表现都随之增加。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5
【图文】：
分布式 MIMO 系统的能量效率技术研究年就投入了对 5G 研发和试验，同时 3GPP 将于 2018 年 6 月份确定 5G 的第一版本的国际标准。5G 支持的业务总速率能达到 10Gbps，但是 5G 在提高传输速率的同时，能耗问题也越来越严重，所以绿色通信的研究越来越受到重视。图 1-展示了无线通信技术的发展。在过去 5 年中，移动数据流量增长了 18 倍。2016 年全球总共增加了十亿个（4 亿 2900 万）移动设备和连接，并且全球总的移动数据流量增长了 63%。光是每个月的全球移动数据流量达到 7.2 艾字节，高于 2015 年底的每月 4.4 艾字节，并且预计到 2021 年底，全球的月移动数据流量将达到 49 艾字节，年流量将超过 0.5 泽字节[2]。随着急剧增长的用户和业务量，能量损耗的问题越来越不容忽视，这使得绿色通信的研究具有更深层次的意义。
图 2-1 集中式 MIMO 系统示意图线技术是在基站或者终端设置多根天线，通过分集复用的原理量。而 MIMO 技术就是多天线技术中的其中一种传输技术。接收端或发射端都采用多根天线进行收发信号，对比过去传统单输出单输入（Single Input Single Output，SISO），可以在同宽资源条件下，通过分集复用，更好的抵消衰落的影响，提高]。1995 年贝尔实验室基于 Rayleigh 衰落信道下，验证了使用多输出）技术可以成倍的增加系统容量。而且系统容量与发射数量具有统计关系。文献[30-32]证明了在衰落的信道中 MIM高通信链路的稳定性和系统总体容量的作用。对 MIMO 技术的研究主要在信道建模，容量的分析，空时编]等几个方面。其中 MIMO 系统主要是接收端和发射端都采用，即获得分集和复用的增益，就可以增大系统整体容量。而根
图 2-2 MIMO 系统模型原理框图（采用空间分集）空间复用方案就是在发射端将要传输的数据流分割成若干个数据流，然后通过多根天线进行发送，而接收端可以通过信道状态信息(ChannelStateInformation，CSI)来区分来自不同天线的信号，然后在进行处理合并成原来发射信号，下图 2-3 是 MIMO 系统模型原理框图（采用空间复用方案）。
本文编号：2752261
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5
【图文】：
分布式 MIMO 系统的能量效率技术研究年就投入了对 5G 研发和试验，同时 3GPP 将于 2018 年 6 月份确定 5G 的第一版本的国际标准。5G 支持的业务总速率能达到 10Gbps，但是 5G 在提高传输速率的同时，能耗问题也越来越严重，所以绿色通信的研究越来越受到重视。图 1-展示了无线通信技术的发展。在过去 5 年中，移动数据流量增长了 18 倍。2016 年全球总共增加了十亿个（4 亿 2900 万）移动设备和连接，并且全球总的移动数据流量增长了 63%。光是每个月的全球移动数据流量达到 7.2 艾字节，高于 2015 年底的每月 4.4 艾字节，并且预计到 2021 年底，全球的月移动数据流量将达到 49 艾字节，年流量将超过 0.5 泽字节[2]。随着急剧增长的用户和业务量，能量损耗的问题越来越不容忽视，这使得绿色通信的研究具有更深层次的意义。
图 2-1 集中式 MIMO 系统示意图线技术是在基站或者终端设置多根天线，通过分集复用的原理量。而 MIMO 技术就是多天线技术中的其中一种传输技术。接收端或发射端都采用多根天线进行收发信号，对比过去传统单输出单输入（Single Input Single Output，SISO），可以在同宽资源条件下，通过分集复用，更好的抵消衰落的影响，提高]。1995 年贝尔实验室基于 Rayleigh 衰落信道下，验证了使用多输出）技术可以成倍的增加系统容量。而且系统容量与发射数量具有统计关系。文献[30-32]证明了在衰落的信道中 MIM高通信链路的稳定性和系统总体容量的作用。对 MIMO 技术的研究主要在信道建模，容量的分析，空时编]等几个方面。其中 MIMO 系统主要是接收端和发射端都采用，即获得分集和复用的增益，就可以增大系统整体容量。而根
图 2-2 MIMO 系统模型原理框图（采用空间分集）空间复用方案就是在发射端将要传输的数据流分割成若干个数据流，然后通过多根天线进行发送，而接收端可以通过信道状态信息(ChannelStateInformation，CSI)来区分来自不同天线的信号，然后在进行处理合并成原来发射信号，下图 2-3 是 MIMO 系统模型原理框图（采用空间复用方案）。
【参考文献】
相关期刊论文 前2条
1 WANG XiaoMing;ZHENG FuChun;ZHU PengCheng;MENG Chao;YOU XiaoHu;;Energy-efficient resource allocation for OFDMA relay systems with imperfect CSIT[J];Science China(Information Sciences);2015年08期
2 王磊;郑宝玉;崔景伍;;随机矩阵理论与无线通信[J];南京邮电大学学报(自然科学版);2010年03期
本文编号：2752261
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