為了滿足大規(guī)模多輸入多輸出（multiple input multiple output,MIMO）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸需求并降低系統(tǒng)能耗,提出一種基于量子化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化的智能天線選擇與功率分配方法。根據(jù)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)不同時(shí)段的用戶傳輸需求建立智能天線選擇與功率分配模型,推導(dǎo)出其最大能效方程。為有效求解該非線性、多約束的混合優(yōu)化難題,結(jié)合量子計(jì)算和化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化機(jī)制的優(yōu)勢設(shè)計(jì)了量子化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法,可得到最佳的天線選擇與功率分配方案。仿真結(jié)果表明,所提的智能天線選擇與功率分配方法能實(shí)時(shí)滿足用戶的信息傳輸需求,顯著提高系統(tǒng)能效。針對不同的仿真場景,所提方法與現(xiàn)有的智能算法與分配策略相比均可得到最高的系統(tǒng)能效。 

【文章來源】：系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2020,42(12)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

系統(tǒng)能效隨天線選擇系數(shù)和用戶數(shù)目變化的關(guān)系曲線

系統(tǒng)能效隨著不同天線數(shù)目和天線選擇系數(shù)變化的關(guān)系曲線如圖6所示，仿真實(shí)驗(yàn)中天線數(shù)目從50增加到500，天線選擇系數(shù)ξ分別取0.1、0.3、0.5、0.7和1。從圖中可以看出，不同的天線選擇系數(shù)和天線數(shù)目對系統(tǒng)能效有較大影響。主要原因在于當(dāng)天線選擇系數(shù)固定時(shí)，隨著基站天線數(shù)目大規(guī)模增加，勢必會(huì)增加系統(tǒng)功耗。當(dāng)天線數(shù)目固定時(shí)，選擇少量天線可有效減少通信系統(tǒng)的功耗，進(jìn)而提升系統(tǒng)能效。但在實(shí)際通信系統(tǒng)中，不能通過單方面減少參與通信的天線數(shù)目來提升系統(tǒng)能效而忽略用戶的數(shù)據(jù)傳輸需求。為保證系統(tǒng)可靠性，本文所提出的智能天線選擇與功率分配方法能根據(jù)天線數(shù)目的變化調(diào)整天線選擇系數(shù)和用戶發(fā)送功率，相比于其他策略，本文所提方法能得到最大的系統(tǒng)能效，可以推廣到實(shí)際5G通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中。以中國移動(dòng)5G上行通信傳輸鏈路為例，頻帶為2 535～2 555 MHz，帶寬為20 MHz，若需傳輸10 Mbit數(shù)據(jù)，采用本文所提基于量子化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化的智能天線選擇與功率分配方法所消耗的能量為5.49 mJ，而采用CRO、Dinkelbach和HPA方法所消耗的能量分別為7.37 mJ、17.50mJ和41.32 mJ。相比CRO、Dinkelbach和HPA方法，所提出的基于量子化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化的智能天線選擇與功率分配方法消耗的能量減少了25.5%、68.6%和86.7%，能效為CRO、Dinkelbach和HPA方法的1.34倍、3.18倍和7.52倍。在用戶最大發(fā)送功率固定的情況下，由于量子化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化的智能天線選擇與功率分配方法的能效更高，完成相同的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)所需要的傳輸時(shí)間更短，可顯著降低時(shí)延且能降低能量消耗，證明了所提智能天線選擇與功率分配方法的有效性。4 結(jié)論

考慮如圖1所示的單小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)，其中包括一個(gè)配置M根天線的基站和K個(gè)單天線用戶。假設(shè)用戶隨機(jī)分布在基站覆蓋范圍內(nèi)，基站與用戶k(k=1,2，…，K）之間的信道狀態(tài)信息[9-11,23]可表示為，其中，hk為基站到用戶k的小尺度衰落矢量，為基站到用戶k的大尺度衰落因子，βk=(rk/r0)-v0，其中rk為基站與用戶k之間的距離，r0為參考距離，v0表示路徑衰落系數(shù)[23]。在上行傳輸過程中，基站收到的信號(hào)可表示為

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]能量采集認(rèn)知無線電的量子蝙蝠最優(yōu)合作策略[J]. 高洪元,杜亞男,張世鉑,劉丹丹.  通信學(xué)報(bào). 2018(09)



本文編號(hào)：3000571