大规模MIMO认知无线电系统中的功率优化算法研究

发布时间：2021-10-30 08:39

　　多样化、无处不在的通信需求和智能互联设备的大量增加,不仅加剧了可用频谱资源短缺的危机,还引发了巨大的能源需求问题和环境污染问题。能量效率也因此逐渐成为衡量无线通信性能的一个重要指标。大规模MIMO认知无线电系统集成了认知技术和大规模MIMO技术在频谱效率和能量效率上的优势,不仅可以实现对授权频谱空、时、频多维度上的高度复用,还可以充分利用大规模MIMO空间维度上的资源,以此迎合未来爆炸式增长的业务需求并缓解由此带来的各种压力。功率控制技术则被认为是能够充分挖掘大规模MIMO认知系统上述潜力的关键技术之一。因此,如何有效地调整认知用户间的发射功率,在保证主用户通信和认知用户通信正常运行的前提下获得高的系统能量效率,已经成为该系统的研究热点之一。本文从降低发射功率和通过优化用户发射功率最大化能量效率两个角度出发,结合考虑认知用户间的公平性问题以及非完美信道状态下信道估计误差对系统能效性能的影响,对大规模MIMO认知系统下的功率优化算法展开了系统的研究。主要研究内容和创新成果描述如下:1.为了降低认知用户的发射功率消耗,提出了一种基于非合作博弈的带有自适应功率阈值机制的功率控制算法。考虑到大... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：133 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 认知无线电技术
    1.3 大规模MIMO技术
    1.4 认知功率控制技术的研究现状
        1.4.1 认知功率控制技术的研究现状
        1.4.2 现存的开放性问题
    1.5 论文主要工作及结构安排
第二章 大规模MIMO系统的通信模型和相关优化理论
    2.1 引言
    2.2 大规模MIMO系统的通信模型
    2.3 博弈论
        2.3.1 博弈论的基本要素
        2.3.2 纳什均衡
    2.4 凸优化
        2.4.1 基本概念和相关性质
        2.4.2 凸优化问题
        2.4.3 拉格朗日对偶理论
        2.4.4 KKT条件
    2.5 分式规划
        2.5.1 基本概念
        2.5.2 相关性质
    2.6 序贯凸近似
    2.7 本章小结
第三章 基于非合作博弈的带有自适应功率阈值机制的功率控制算法
    3.1 引言
    3.2 大规模MIMO认知系统模型
    3.3 算法设计
        3.3.1 博弈问题描述
        3.3.2 功率控制算法
    3.4 仿真结果与数据分析
    3.5 本章小结
第四章 完美信道状态下高能效的功率控制算法
    4.1 引言
    4.2 完美信道状态下的系统模型和优化问题描述
        4.2.1 通信模型
        4.2.2 能耗模型
        4.2.3 能量效率优化问题描述
    4.3 完美信道状态下网络能量效率优化问题
        4.3.1 分式规划求解最大的网络能量效率
        4.3.2 序贯凸近似求解相应的最优发射功率
        4.3.3 算法复杂度分析
    4.4 完美信道状态下公平性能量效率优化问题
        4.4.1 分式规划求解最大的公平性能量效率
        4.4.2 序贯凸近似求解相应的最优发射功率
        4.4.3 算法复杂度分析
    4.5 仿真结果与数据分析
    4.6 本章小结
第五章 非完美信道状态下高能效的联合功率分配算法
    5.1 引言
    5.2 非完美信道状态下公平性能效最大化的联合功率迭代算法
        5.2.1 非完美信道状态下的系统模型
        5.2.2 公平性能效最大化问题描述
        5.2.3 公平性能效最大化问题的等价变换
        5.2.4 拉格朗日对偶方法求解全局最优的联合功率分配策略
        5.2.5 仿真结果与数据分析
    5.3 非完美信道状态下网络能效最大化的联合功率分配算法
        5.3.1 非完美信道状态下的系统模型
        5.3.2 网络能效最大化问题描述
        5.3.3 网络能效最大化问题的近似变换
        5.3.4 凹分式规划求解本地最优的联合功率分配策略
        5.3.5 仿真结果与数据分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文完成的主要工作
    6.2 未来工作展望
参考文献
附录
    附录 1 命题3.1的证明
    附录 2 定理4.2的证明
    附录 3 命题5.1的证明
    附录 4 命题5.2的证明
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]大规模MIMO关键技术及应用[J]. 张中山,王兴,张成勇,吕少波.  中国科学:信息科学. 2015(09)
[2]5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J]. 尤肖虎,潘志文,高西奇,曹淑敏,邬贺铨.  中国科学:信息科学. 2014(05)
[3]基于非合作博弈论的认知无线电功率控制算法（英文）[J]. 赵军辉,杨涛,贡毅,王娇,付雷.  中国通信. 2013(11)
[4]认知无线电中基于非合作博弈的功率分配方法[J]. 杨春刚,李建东,李维英,陈东,陈丹.  西安电子科技大学学报. 2009(01)

博士论文
[1]大规模MIMO通信系统中信号干扰抑制及系统性能研究[D]. 周志超.北京交通大学 2017
[2]面向5G的大规模MIMO无线传输技术研究[D]. 张琦.南京邮电大学 2015
[3]绿色无线通信网络关键性能指标的相互制约机理研究[D]. 李渝舟.西安电子科技大学 2015
[4]谱效和能效优化的认知无线电网络资源分配技术[D]. 王亮.西安电子科技大学 2015
[5]认知无线电系统的功率控制问题研究[D]. 陈玲玲.吉林大学 2015
[6]大规模MIMO系统的关键技术[D]. 迪迪（Mohammed Teeti）.华中科技大学 2015

硕士论文
[1]Massive MIMO通信系统中信道估计技术研究[D]. 谢建超.南京邮电大学 2016
[2]大规模天线系统功率控制方法研究[D]. 张家典.东南大学 2016
[3]大规模天线系统用户功率控制与导频调度[D]. 岳思思.山东大学 2016



本文编号：3466422