基于天线选择技术的Massive MIMO系统能效优化问题研究

发布时间：2017-10-07 13:15

  本文关键词：基于天线选择技术的Massive MIMO系统能效优化问题研究

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【摘要】：Massive MIMO系统通过在基站端配置超大规模天线阵列,能够在充分利用空间自由度的同时为更多的用户提供无线通信服务,有望在不增加额外系统发送功率及带宽的情况下,显著提高系统的谱效和能效,是未来5G最具竞争力的主流备选方案之一。当使用所有天线进行无线数据传输时,Massive MIMO系统的基站需要安装与基站天线数目相同的射频链路,导致系统的射频链路硬件成本和实现复杂度大大增加。天线选择技术通过选择合适的天线子集进行数据传输,能够在获得较高谱效和能效的同时降低系统成本及实现复杂度,从而满足绿色宽带移动通信的要求。因此,Massive MIMO系统中天线选择技术的应用成为目前的研究热点。本文基于天线选择技术,针对Massive MIMO系统中的能效优化问题作了进一步的研究与分析。论文的主要内容安排如下：1、研究了基于发送天线选择技术的不同Massive MIMO系统模型下系统能效优化问题,并通过数学理论推导证明了最大化系统能效的最优天线选择数目的存在性及唯一性。2、针对基于天线选择技术的单用户Massive MIMO系统的能效优化问题,提出了一种低复杂度的基于二分法的快速天线选择算法,在提高系统容量的同时兼顾自身功率消耗。理论分析证明了最大化系统能效的最优天线选择数目的存在性。仿真结果表明,本文所提天线选择算法通过优化激活部分基站天线能够显著提高单用户Massive MIMO下行链路系统能效性能。3、研究了多用户Massive MIMO下行链路系统中基于发送天线选择技术的能效优化问题,并针对该系统中的能效优化机制进行分析讨论。采用多用户线性预编码方案降低用户间干扰,构建了新的系统能效优化模型,分析了系统总功耗及能效性能受基站天线数目与用户数目的影响,并通过理论推导证明了多用户场景下最大化系统能效的最优天线选择数目解的存在性和唯一性,并给出了其近似闭式解。仿真结果验证了天线选择技术在提高Massive MIMO系统能效方面的有效性。
【关键词】：单用户Massive MIMO系统 多用户Massive MIMO系统 能效优化 天线选择技术 线性预编码
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 Massive MIMO的研究背景及意义10-11
• 1.2 Massive MIMO系统概述11-16
• 1.2.1 Massive MIMO的定义及技术特征11-12
• 1.2.2 Massive MMO的关键技术12-14
• 1.2.3 Massive MIMO的国内外研究现状14-16
• 1.3 Massive MIMO系统能效问题研究现状16-18
• 1.4 本文主要工作与章节安排18-19
• 2 天线选择技术及其在Massive MIMO系统能效优化问题中的应用19-31
• 2.1 天线选择技术概述19-22
• 2.1.1 天线选择的基本概念19-20
• 2.1.2 天线选择技术分类20-22
• 2.2 经典天线选择算法介绍22-27
• 2.2.1 最优天线选择算法22-23
• 2.2.2 递减天线选择算法23-24
• 2.2.3 递增天线选择算法24-25
• 2.2.4 基于最大范数的天线选择算法25
• 2.2.5 随机天线选择算法25
• 2.2.6 经典天线选择算法容量性能比较25-27
• 2.3 天线选择的系统模型27-29
• 2.3.1 单用户MIMO系统中的天线选择系统模型27-28
• 2.3.2 多用户MIMO系统中的天线选择系统模型28-29
• 2.4 天线选择技术在Massive MIMO系统能效优化问题中的应用29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3 单用户Massive MIMO下行链路能效优化问题研究31-45
• 3.1 引言31
• 3.2 系统模型31-32
• 3.3 基于二分法的Massive MIMO系统能效优化算法32-37
• 3.3.1 功耗模型32-33
• 3.3.2 能效问题定义33-34
• 3.3.3 接收端为单天线时的能效问题分析34-35
• 3.3.4 接收端为多天线时的能效问题分析35-36
• 3.3.5 本文提议的发送天线选择算法36-37
• 3.4 计算机仿真结果与分析37-44
• 3.4.1 仿真参数设置38-39
• 3.4.2 仿真结果及分析39-44
• 3.5 本章小结44-45
• 4 多用户Massive MIMO下行链路能效优化问题研究45-59
• 4.1 引言45
• 4.2 系统模型45-47
• 4.3 多用户预编码方案47-48
• 4.4 基于系统能效最大化的天线选择算法48-53
• 4.4.1 能效优化问题描述48-49
• 4.4.2 能效优化问题求解49-51
• 4.4.3 系统能效性能分析51-53
• 4.5 计算机仿真结果与分析53-58
• 4.5.1 仿真参数设置53
• 4.5.2 仿真结果及分析53-58
• 4.6 本章小结58-59
• 5 论文总结与展望59-61
• 5.1 本文的主要工作和贡献59-60
• 5.2 进一步的研究展望60-61
• 参考文献61-65
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果65-66
• 致谢66

【参考文献】

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1 葛利嘉,路鸣;蜂窝通信的空分多址:概念、算法和性能[J];通信学报;1999年08期

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本文编号：988050