本文關(guān)鍵詞：面向能效優(yōu)化的MIMO傳輸技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 能效 多輸入多輸出 不完善信道信息 天線休眠策略 協(xié)作/聯(lián)合頻譜檢測 協(xié)作傳輸

【摘要】：在全球能源危機(jī)的當(dāng)下,無線通信系統(tǒng)的發(fā)展不再單純追求頻率效率、傳輸速率的提高,而是開始注重節(jié)能和能量效率。在此背景下能效通信成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技術(shù)可以極大提高無線通信系統(tǒng)的頻譜效率,因此已經(jīng)被多個(gè)無線通信系統(tǒng)采用。在可以預(yù)見的未來,MIMO技術(shù)仍將是無線通信的主流技術(shù)。從能效角度看,MIMO系統(tǒng)可以用比單天線系統(tǒng)更低的發(fā)射功率達(dá)到相同的數(shù)據(jù)傳輸速率,因此被業(yè)界認(rèn)為是提高無線網(wǎng)絡(luò)能效性能的候選技術(shù)。但是前期的MIMO技術(shù)研究重點(diǎn)為提高系統(tǒng)容量和頻譜效率,而較少關(guān)注能效優(yōu)化,因此MIMO技術(shù)和能效通信的結(jié)合是未來無線通信的一個(gè)重要發(fā)展方向。本論文將MIMO技術(shù)與能效通信的需求相結(jié)合,首先針對(duì)MIMO技術(shù)不同的應(yīng)用場景,提出了相應(yīng)的能效準(zhǔn)則,為后續(xù)的研究工作打好了基礎(chǔ)。在新的能效評(píng)估準(zhǔn)則基礎(chǔ)上,重點(diǎn)討論了單用戶MIMO (Single User-MIMO,SU-MIMO)系統(tǒng)的信道訓(xùn)練策略,分布式MIMO系統(tǒng)的基站休眠機(jī)制,以及認(rèn)知無線電(Cognitive Radio, CR)網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)作頻譜檢測策略,提出了相應(yīng)的創(chuàng)新性的能效優(yōu)化方案,并做了詳細(xì)的理論分析和性能仿真。本論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：1、針對(duì)SU-MIMO系統(tǒng)的信道訓(xùn)練策略進(jìn)行建模,得到了能效優(yōu)化的信道估計(jì)訓(xùn)練序列開銷。首先,分析了信道狀態(tài)信息(Channel State Information,CSI)的準(zhǔn)確性和SU-MIMO系統(tǒng)能效之間的折中關(guān)系。然后,將信道訓(xùn)練策略建模為二元優(yōu)化問題,在訓(xùn)練功率和訓(xùn)練時(shí)長約束下,尋求能效最優(yōu)的信道估計(jì)資源分配策略。最后,仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性并證明了所提信道訓(xùn)練策略的能夠有效提高系統(tǒng)的能效性能。2、提出了網(wǎng)絡(luò)休眠機(jī)制的能效評(píng)估準(zhǔn)則,分析了引入休眠機(jī)制后分布式MIMO系統(tǒng)的平均響應(yīng)時(shí)間和平均功率,并求解出最優(yōu)休眠時(shí)長。首先,休眠機(jī)制可以有效減小無線通信網(wǎng)絡(luò)的能量消耗,但也會(huì)給系統(tǒng)帶來延時(shí)。為此本文提出了網(wǎng)絡(luò)休眠機(jī)制的能效評(píng)估準(zhǔn)則,該準(zhǔn)則綜合評(píng)估了休眠策略所帶來的延時(shí)和能量節(jié)省。第二,將具有休眠機(jī)制的分布式MIMO系統(tǒng)建模為基于空竭服務(wù)的多重休眠排隊(duì)模型,分析了引入休眠機(jī)制后系統(tǒng)的平均響應(yīng)延遲和平均功率。第三,以優(yōu)化所提能效指標(biāo)為目標(biāo),分析了系統(tǒng)的能效性能并求解出了最優(yōu)天線休假時(shí)長。最后,仿真結(jié)果和理論分析結(jié)果相匹配,仿真結(jié)果還表明所提策略可以有效提高分布式MIMO系統(tǒng)基站側(cè)的能效性能,特別是在低業(yè)務(wù)量的場景下所提策略的優(yōu)勢更為明顯。3、提出了認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中認(rèn)知終端檢測的能效評(píng)估準(zhǔn)則,并進(jìn)-步提出了能效優(yōu)化的協(xié)作/聯(lián)合檢測終端分配和協(xié)作上報(bào)MIMO傳輸方案。首先,在綜合考慮檢測的準(zhǔn)確性和能量消耗的基礎(chǔ)上,提出一個(gè)用于評(píng)估協(xié)作頻譜檢測策略能效性能的指標(biāo),并將這一指標(biāo)推廣到聯(lián)合頻譜檢測策略中。第二,以優(yōu)化所提能效指標(biāo)為目標(biāo),在協(xié)作頻譜檢測場景下,分析了參與協(xié)作頻譜檢測的最優(yōu)檢測終端個(gè)數(shù)。在聯(lián)合頻譜檢測場景下,提出了基于迭代貪婪算法的檢測終端分配方案。第三,為了進(jìn)一步提高整體的檢測能效,在檢測終端分配策略的基礎(chǔ)上,提出了基于協(xié)作MIMO技術(shù)的頻譜檢測結(jié)果上報(bào)方案。然后建立協(xié)作上報(bào)方案的能耗模型并確定最優(yōu)的協(xié)作上報(bào)終端個(gè)數(shù)以最小化上報(bào)所需能耗。最后的仿真結(jié)果表明本文所提終端分配策略和協(xié)作上報(bào)方案可以有效提高CR網(wǎng)絡(luò)的能效性能。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN919.3
，

本文編號(hào)：1225509