无线能量传输条件下大规模MIMO系统能效优化研究

发布时间：2020-09-17 10:45

　　 随着新一代信息技术的高速发展,能源消耗日益增加,绿色通信成为大势所趋。因此,5G的关键技术大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术应运而生。大规模MIMO技术通过多天线将能量聚集到狭小的空间区域,降低了对周围用户的干扰。基站处多天线提高了分集增益,增强了系统鲁棒性,且增大了空间自由度,降低了用户的发射功率,实现了提升能效(Energy Efficiency,EE)和频效(Spectral Efficiency,SE)的双重目标。与此同时,不断普及的智能设备对于无线通信的速率要求也不断升高。无线能量传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术可以收集绿色能源给无线通信设备传输能量,提高(难以有线充电或更换电池的)无线设备的使用寿命,并且在无线能量传输过程中使用多天线阵列可降低系统的能耗。因此,将无线能量传输结合大规模MIMO系统在提升无线通信稳定性的同时顺应了绿色通信的发展趋势。本文主要研究了无线能量传输条件下大规模MIMO系统能效优化,并得到以下结论。第一,针对WPT条件下大规模MIMO系统,以能效最大化为优化目标,联合功率信标处总发射功率、功率分配和无线能量传输时间分配,提出了一种WPT条件下大规模MIMO系统高效的资源分配算法。该算法具有较好的收敛性,同时较之吞吐量最大算法和保证用户服务质量(Quality-of-Servicer,QoS)最小功耗算法,该算法能够在保证用户服务质量的前提下,达到系统能效最大化的基础上,实现较高吞吐量和较低总功耗。该算法能够有效提升基于无线能量传输的大规模MIMO系统能效,实现能效和频效的折中。第二,针对WPT条件下带有硬件损伤(Hardware Impairments,HWIs)的大规模MIMO系统,联合了发射总功率、功率分配和时间分配,提出了一种WPT条件下带有HWIs的大规模MIMO能效最优算法。该算法在实现能效最优的基础上,证明了HWIs给WPT条件下大规模MIMO系统造成了不可忽视的影响,即功率信标的发射功率低时,硬件损伤给系统造成的影响小,功率信标发射功率高时,硬件损伤给系统造成的影响大。该结论适用于实际应用中功率信标发射功率的设定。
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：

重庆邮电大学硕士学位论文统模型；然后，简化优化变量并且将非凸问题转化为凸优化问题；最后种能效最大化的资源分配算法，表明了硬件损伤给系统性能带来的不可响。系统模型本章节的系统模型是在第三章的系统模型基础上考虑传感器节点处存在。功率信标通过无线能量传输给传感器节点供能，传感器利用所有从功率收到的能量给基站传输信息。此处我们考虑的是 MRC 接收机，因为当基增大时，MRC 接收机能达到近似迫零接收机达到的性能。本章节考虑的完全已知信道状态信息。

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