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基于大规模MIMO和D2D技术的混合网络能量效率研究

发布时间:2018-09-07 21:47
【摘要】:文章研究了基于大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)和端到端(device-to-device,D2D)技术的双层混合网络及其能量效率,面向D2D用户(D2D user,DU)提出了无线能量采集方案。在该混合网络模型中,宏蜂窝基站由大规模MIMO天线阵列构成,D2D网络覆盖在宏蜂窝之上,与蜂窝网共享频谱。为了保证D2D通信,系统配置了由小规模MIMO天线构成的专用能量发射基站(power beacon,PB),其通过迫零预编码向能量约束的D2D发射机传送能量;同时,为了提高网络的能量效率,DU还可以从附近蜂窝网用户(cellular user,CU)的射频(radio frequency,RF)干扰信号中采集能量。对此混合网模型和能量采集方案,文章通过假设网络中CU、DU以及PB的位置服从独立泊松点过程和利用随机几何分析方法,基于反功率控制方案得到了网络中任一D2D发射机通过采集足够能量来建立通信链路的概率,其以简单的积分形式给出。分析和数值结果表明,文章提出的无线能量采集方案由于PB的配置保证了D2D通信的可靠性;同时又因为充分利用了附近CU的RF干扰信号,有效提高了D2D用户采集足够能量的概率,节约了PB的能量,改善了系统的能量效率。
[Abstract]:In this paper, a two-layer hybrid network based on large-scale multi-input multiple-output (multiple-input multiple-output,MIMO) and end-to-end (device-to-device,D2D) technologies and its energy efficiency are studied. A wireless energy acquisition scheme for D2D user,DU is proposed. In the hybrid network model, the macrocellular base station is composed of a large scale MIMO antenna array to cover the macrocellular network and share the spectrum with the cellular network. In order to ensure D2D communication, a special energy transmitting base station (power beacon,PB) composed of a small scale MIMO antenna is configured, which transmits energy to a D2D transmitter with zero forcing precoding. In order to improve the energy efficiency of the network DU can also collect energy from the radio frequency (radio frequency,RF) interference signals of nearby cellular network users (cellular user,CU). For the hybrid network model and energy acquisition scheme, this paper assumes the position of CU,DU and PB in the network from the independent Poisson point process and uses the stochastic geometric analysis method. Based on the inverse power control scheme, the probability of any D2D transmitter in the network to set up a communication link by collecting sufficient energy is obtained, which is given in the form of a simple integral. The analysis and numerical results show that the proposed wireless energy acquisition scheme guarantees the reliability of D2D communication due to the configuration of PB, and makes full use of the RF interference signal from nearby CU. It improves the probability of D2D user collecting enough energy, saves the energy of PB, and improves the energy efficiency of the system.
【作者单位】: 西北师范大学计算机科学与工程学院;南京邮电大学江苏省无线通信重点实验室;
【基金】:国家973课题(2013CB329104) 国家自然科学基金项目(61261015,61561043) 2014年度甘肃省属普通高校基本科研业务费专项资金项目“面向5G的Massive MIMO毫米波段信道建模及其估计”
【分类号】:TN929.5

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本文编号:2229510

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