發(fā)布時間：2020-07-12 17:10

【摘要】：下一代移動網(wǎng)絡(luò)在傳輸速率大大超越了4G網(wǎng)絡(luò),移動通信能力相比上一代的移動網(wǎng)絡(luò)有了更大的提高。但是產(chǎn)生的能量損耗也越來越嚴(yán)重。如何在保證系統(tǒng)性能的同時提高資源的有效利用率成為綠色通信的主要難題,這使得能量效率(Energy Efficiency,EE)的研究更加具有實際意義。同時分布式MIMO(MultipleInput Multiple-Output)系統(tǒng)作為新一代移動網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一,結(jié)合了傳統(tǒng)MIMO技術(shù)和分布式天線系統(tǒng)(Distributed Antenna Systems,DAS)的優(yōu)點,能夠顯著提高系統(tǒng)容量,增加信號的覆蓋范圍。所以研究分布式MIMO系統(tǒng)的綠色通信技術(shù)具有實際應(yīng)用意義。論文以國家自然科學(xué)基金項目“分布式天線移動通信系統(tǒng)的能效技術(shù)研究”(61601300)為背景,研究了分布式MIMO系統(tǒng)的能量效率及其相關(guān)內(nèi)容。本論文的主要工作如下:1)研究了分布式MIMO系統(tǒng)基于中斷容量的能量效率,首先對單用戶分布式MIMO系統(tǒng)進行建模,分別給出不同情況下遍歷容量和中斷容量的互信息表達式,并基于實際功率損耗模型和理想功率損耗模型分別推導(dǎo)出相應(yīng)的能量效率表達式。根據(jù)能量效率模型從理論上研究了基于中斷容量的能量效率的性質(zhì),仿真結(jié)果證明了基于中斷容量的能量效率與實際功率損耗之間存在折衷關(guān)系。其次,根據(jù)分布式MIMO系統(tǒng)基于中斷容量的能量效率模型,仿真分析了小區(qū)半徑,中斷概率和路徑損耗指數(shù)三者分別與基于中斷容量的能量效率之間的關(guān)系。2)研究了分布式MIMO系統(tǒng)的能量效率優(yōu)化的相關(guān)內(nèi)容,首先研究了最大化能量效率的功率分配優(yōu)化問題,給出了基于次梯度的功率分配算法的流程圖,并與基于二分法的功率分配算法進行對比分析,仿真結(jié)果表明以能量效率為優(yōu)化目標(biāo)的次梯度功率分配方法在保證系統(tǒng)容量的同時還能減少能量的消耗。這說明在以能量效率為準(zhǔn)則的功率分配方案設(shè)計可以在系統(tǒng)容量和能量消耗之間取得折衷。其次,為了提高分布式MIMO系統(tǒng)的能量效率,提出了基于路徑損耗的天線選擇與功率分配算法,該算法的主要思想是用戶以路徑損耗信息作為天線選擇的準(zhǔn)則,與目標(biāo)天線匹配完后再進行功率分配,以達到提高系統(tǒng)能量效率的目的。仿真結(jié)果表明,該算法能顯著提升系統(tǒng)容量和能量效率,并在一定范圍內(nèi),隨著天線選擇數(shù)目的增加,系統(tǒng)容量和能量效率的表現(xiàn)都隨之增加。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.5
【圖文】：

分布式 MIMO 系統(tǒng)的能量效率技術(shù)研究年就投入了對 5G 研發(fā)和試驗，同時 3GPP 將于 2018 年 6 月份確定 5G 的第一版本的國際標(biāo)準(zhǔn)。5G 支持的業(yè)務(wù)總速率能達到 10Gbps，但是 5G 在提高傳輸速率的同時，能耗問題也越來越嚴(yán)重，所以綠色通信的研究越來越受到重視。圖 1-展示了無線通信技術(shù)的發(fā)展。在過去 5 年中，移動數(shù)據(jù)流量增長了 18 倍。2016 年全球總共增加了十億個（4 億 2900 萬）移動設(shè)備和連接，并且全球總的移動數(shù)據(jù)流量增長了 63%。光是每個月的全球移動數(shù)據(jù)流量達到 7.2 艾字節(jié)，高于 2015 年底的每月 4.4 艾字節(jié)，并且預(yù)計到 2021 年底，全球的月移動數(shù)據(jù)流量將達到 49 艾字節(jié)，年流量將超過 0.5 澤字節(jié)[2]。隨著急劇增長的用戶和業(yè)務(wù)量，能量損耗的問題越來越不容忽視，這使得綠色通信的研究具有更深層次的意義。

圖 2-1 集中式 MIMO 系統(tǒng)示意圖線技術(shù)是在基站或者終端設(shè)置多根天線，通過分集復(fù)用的原理量。而 MIMO 技術(shù)就是多天線技術(shù)中的其中一種傳輸技術(shù)。接收端或發(fā)射端都采用多根天線進行收發(fā)信號，對比過去傳統(tǒng)單輸出單輸入（Single Input Single Output，SISO），可以在同寬資源條件下，通過分集復(fù)用，更好的抵消衰落的影響，提高]。1995 年貝爾實驗室基于 Rayleigh 衰落信道下，驗證了使用多輸出）技術(shù)可以成倍的增加系統(tǒng)容量。而且系統(tǒng)容量與發(fā)射數(shù)量具有統(tǒng)計關(guān)系。文獻[30-32]證明了在衰落的信道中 MIM高通信鏈路的穩(wěn)定性和系統(tǒng)總體容量的作用。對 MIMO 技術(shù)的研究主要在信道建模，容量的分析，空時編]等幾個方面。其中 MIMO 系統(tǒng)主要是接收端和發(fā)射端都采用，即獲得分集和復(fù)用的增益，就可以增大系統(tǒng)整體容量。而根

圖 2-2 MIMO 系統(tǒng)模型原理框圖（采用空間分集）空間復(fù)用方案就是在發(fā)射端將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流分割成若干個數(shù)據(jù)流，然后通過多根天線進行發(fā)送，而接收端可以通過信道狀態(tài)信息(ChannelStateInformation，CSI)來區(qū)分來自不同天線的信號，然后在進行處理合并成原來發(fā)射信號，下圖 2-3 是 MIMO 系統(tǒng)模型原理框圖（采用空間復(fù)用方案）。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 WANG XiaoMing;ZHENG FuChun;ZHU PengCheng;MENG Chao;YOU XiaoHu;;Energy-efficient resource allocation for OFDMA relay systems with imperfect CSIT[J];Science China(Information Sciences);2015年08期

2 王磊;鄭寶玉;崔景伍;;隨機矩陣?yán)碚撆c無線通信[J];南京郵電大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年03期

本文編號：2752261