【摘要】：下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在傳輸速率大大超越了4G網(wǎng)絡(luò),移動(dòng)通信能力相比上一代的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)有了更大的提高。但是產(chǎn)生的能量損耗也越來(lái)越嚴(yán)重。如何在保證系統(tǒng)性能的同時(shí)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(shí)際意義。同時(shí)分布式MIMO(MultipleInput Multiple-Output)系統(tǒng)作為新一代移動(dòng)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(diǎn),能夠顯著提高系統(tǒng)容量,增加信號(hào)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(shí)際應(yīng)用意義。論文以國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“分布式天線移動(dòng)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(duì)單用戶分布式MIMO系統(tǒng)進(jìn)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(dá)式,并基于實(shí)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(dá)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(shí)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(wèn)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(jìn)行對(duì)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(shí)還能減少能量的消耗。這說(shuō)明在以能量效率為準(zhǔn)則的功率分配方案設(shè)計(jì)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(jìn)行功率分配,以達(dá)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：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(duì) 5G 研發(fā)和試驗(yàn)，同時(shí) 3GPP 將于 2018 年 6 月份確定 5G 的第一版本的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。5G 支持的業(yè)務(wù)總速率能達(dá)到 10Gbps，但是 5G 在提高傳輸速率的同時(shí)，能耗問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重，所以綠色通信的研究越來(lái)越受到重視。圖 1-展示了無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展。在過(guò)去 5 年中，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)了 18 倍。2016 年全球總共增加了十億個(gè)（4 億 2900 萬(wàn)）移動(dòng)設(shè)備和連接，并且全球總的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)了 63%。光是每個(gè)月的全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量達(dá)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(jì)到 2021 年底，全球的月移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將達(dá)到 49 艾字節(jié)，年流量將超過(guò) 0.5 澤字節(jié)[2]。隨著急劇增長(zhǎng)的用戶和業(yè)務(wù)量，能量損耗的問(wèn)題越來(lái)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(guò)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(jìn)行收發(fā)信號(hào)，對(duì)比過(guò)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(guò)分集復(fù)用，更好的抵消衰落的影響，提高]。1995 年貝爾實(shí)驗(yàn)室基于 Rayleigh 衰落信道下，驗(yàn)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(jì)關(guān)系。文獻(xiàn)[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(duì) MIMO 技術(shù)的研究主要在信道建模，容量的分析，空時(shí)編]等幾個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)流，然后通過(guò)多根天線進(jìn)行發(fā)送，而接收端可以通過(guò)信道狀態(tài)信息(ChannelStateInformation，CSI)來(lái)區(qū)分來(lái)自不同天線的信號(hào)，然后在進(jìn)行處理合并成原來(lái)發(fā)射信號(hào)，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(xiàn)】

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(jī)矩陣?yán)碚撆c無(wú)線通信[J];南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年03期

本文編號(hào)：2752261