能效优化无线MIMO传输技术研究

发布时间：2017-06-03 06:10

  本文关键词：能效优化无线MIMO传输技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着移动通信技术的不断演进,绿色通信概念得到了广泛的关注。下一代移动通信系统中,除了关注进一步提升频谱效率,能量效率也将是重要的性能指标。本文针对下一代移动通信系统,主要研究了无线MIMO传输技术,着重解决其所涉及的能量效率优化功率分配和波束成形设计、鲁棒性和分布式实现、以及无线携能传输优化等,主要的工作和创新点如下：1、研究了多天线广播信道下的能效优化无线MIMO传输技术。首先针对多天线广播信道场景,定义了功率约束以及信干噪比约束下的能效最大化问题。通过引入上下行对偶性,简化了原本难以直接求解的非凸问题。求解对偶的虚拟上行传输问题,并对结果进行转化,得到下行传输问题的解。仿真结果表明,相对于现有的能效优化算法,所提方法性能优越且复杂度低。其次针对实际系统中无法获得精确信道信息的特点,定义了存在信道估计误差的鲁棒能效优化问题。利用用户速率与最小均方误差之间的关系以及分数规划理论,把所描述的分数规划优化问题转化成参数化多项式优化问题。利用拉格朗日对偶及单调优化理论,提出了鲁棒能效优化算法。仿真结果表明,相对于传统的非鲁棒能效优化算法,所提鲁棒能效优化算法可获得明显的能效性能增益,有效地减少了信道估计误差的影响。2、研究了多小区单用户的能效优化无线MIMO传输技术。首先针对同构多小区下行传输场景,定义了能效优化问题。通过分析得出,问题的可行解在能效Pareto边界上。然后引入认知无线电中的干扰温度的概念,定义了能效Pareto边界。根据迭代优化理论,提出了两种能效Pareto最优化的分布式算法,并研究了存在信道估计误差的鲁棒算法。仿真结果表明算法收敛较快,基站间的信息交互量较小,性能接近集中式能效优化算法。其次针对异构多小区下行传输场景,定义了能效优化问题。结合小小区的传输特点,通过引入认知无线电中的干扰温度的概念,提出了异构网络中的分布式能效优化算法。仿真结果表明,所提算法收敛较快,相对于和速率最大化算法性能优越。3、研究了多小区多用户的能效优化无线MIMO传输技术。首先针对多小区多用户下行传输场景,定义了功率约束下的能效最大化问题。通过分数规划理论,将难以直接求解的分式问题转化为减法形式。引入干扰温度的概念,将优化问题转化为多个可分布式求解的子问题。最后通过迭代进行波束优化以及功率分配优化.提出了多小区多用户场景下的能效优化算法。仿真结果表明,相对于给定波束下的能效优化功率分配算法,所提算法性能优越且接近集中式能效优化算法。4、研究了采用无线携能传输的能效优化无线MIMO传输技术。首先建立了包含能量传输的信息传输模型,定义了该传输结构下的多小区能效最大化问题。其次利用分数规划,将非凸的优化问题转化为可解的形式。然后通过拉格朗日优化以及近似优化理论,对优化问题进行了求解。最后提出了采用无线携能传输的能效优化算法。仿真结果表明,相对于原有的能效优化算法,所提算法由于采用无线携能传输技术,性能更为优越。
【关键词】：移动通信 无线传输 波束成形 功率分配 能量效率
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-30
• 1.1 研究背景与意义14-15
• 1.2 能效优化无线MIMO传输研究现状15-24
• 1.2.1 MIMO技术研究现状15-19
• 1.2.2 小小区传输技术研究现状19-21
• 1.2.3 无线携能传输技术研究现状21-24
• 1.3 能效优化无线MIMO传输模型24-26
• 1.3.1 功率损耗模型24-25
• 1.3.2 能效目标定义25-26
• 1.3.3 分数规划理论26
• 1.4 论文的研究工作和章节安排26-30
• 第二章 多天线广播信道下的能效优化无线MIMO传输技术30-48
• 2.1 引言30-31
• 2.2 基于对偶性的多天线下行能效优化功率分配与波束成形算法31-37
• 2.2.1 系统模型31-32
• 2.2.2 基于对偶性的优化问题转化32-33
• 2.2.3 虚拟上行功率分配设计33-34
• 2.2.4 多用户能效预编码设计34-35
• 2.2.5 算法描述35
• 2.2.6 性能分析35-36
• 2.2.7 仿真结果36-37
• 2.3 多天线广播信道能效优化鲁棒功率分配与波束成形算法37-46
• 2.3.1 系统模型37-40
• 2.3.2 鲁棒能效优化问题转化40-41
• 2.3.3 鲁棒能效波束设计41-43
• 2.3.4 算法描述43
• 2.3.5 仿真结果43-46
• 2.4 本章小结46-48
• 第三章 多小区单用户的能效优化无线MIMO传输技术48-74
• 3.1 引言48-49
• 3.2 分布式多小区下行链路能效优化波束成形算法49-65
• 3.2.1 系统模型49-50
• 3.2.2 同构能效优化问题转化50-51
• 3.2.3 能效Pareto边界定义51-57
• 3.2.4 算法描述57-61
• 3.2.5 仿真结果61-65
• 3.3 分布式异构网络下行链路能效优化波束成形算法65-72
• 3.3.1 系统模型65-67
• 3.3.2 异构能效优化问题转化67
• 3.3.3 异构分布式能效波束设计67-68
• 3.3.4 异构多小区干扰温度更新设计68-69
• 3.3.5 算法描述69-70
• 3.3.6 仿真结果70-72
• 3.4 本章小结72-74
• 第四章 多小区多用户的能效优化无线MIMO传输技术74-84
• 4.1 引言74-75
• 4.2 系统模型75-76
• 4.3 多小区多用户下行链路能效优化功率分配与波束成形算法76-82
• 4.3.1 多用户能效优化问题转化76-78
• 4.3.2 多用户能效功率分配设计78-79
• 4.3.3 多用户能效波束成形设计79
• 4.3.4 全局干扰温度更新方案设计79-80
• 4.3.5 算法描述80
• 4.3.6 仿真结果80-82
• 4.4 本章小结82-84
• 第五章 采用无线携能传输的能效优化无线MIMO传输技术84-96
• 5.1 引言84-85
• 5.2 系统模型85-86
• 5.3 采用无线携能传输的能效协同功率分配与波束成形算法86-93
• 5.3.1 无线携能优化目标转化86-88
• 5.3.2 无线携能能效优化设计88-89
• 5.3.3 无线携能波束初始化设计89-90
• 5.3.4 算法描述90-91
• 5.3.5 性能分析91
• 5.3.6 仿真结果91-93
• 5.4 本章小结93-96
• 第六章 全文总结与展望96-98
• 6.1 论文工作总结96-97
• 6.2 进一步的研究方向97-98
• 参考文献98-104
• 作者简介104-106
• 致谢106

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