MIMO通信中協(xié)作與能效若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著無(wú)線通信業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的能量消耗正在以驚人的速度增長(zhǎng)，綠色通信引起了人們的廣泛關(guān)注。無(wú)論是從環(huán)境保護(hù)還是從經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來(lái)考慮，提高能量效率已成為未來(lái)移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越重要的問(wèn)題。協(xié)作通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)綠色通信的有效手段，能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)的能量效率。因此，開(kāi)展協(xié)作通信中基于能效的關(guān)鍵技術(shù)研究具有較高的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
　　在單小區(qū)分布式天線系統(tǒng)中，研究了不同的遠(yuǎn)端天線單元(RAU，Remote Antenna Uni

2、t)選擇協(xié)作策略對(duì)系統(tǒng)性能的影響。結(jié)合遠(yuǎn)端天線單元到用戶的信道狀態(tài)信息的分布規(guī)律，利用概率論的知識(shí)，從理論上推導(dǎo)了各種協(xié)作傳輸方式下用戶的信噪比的分布規(guī)律和系統(tǒng)遍歷容量的分布，并給出了閉式的表達(dá)式。通過(guò)引入詳細(xì)的分布式天線系統(tǒng)功率消耗模型，進(jìn)一步研究了系統(tǒng)的能效問(wèn)題，給出了能效的表達(dá)式，并推導(dǎo)了譜效與能效的折中關(guān)系，為未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了科學(xué)的指導(dǎo)。
　　針對(duì)多小區(qū)協(xié)作場(chǎng)景，對(duì)于每個(gè)用戶為單天線的情形，研究了總功率受限和每天線

3、功率受限下采用迫零預(yù)編碼的系統(tǒng)容量和公平性。對(duì)兩種功率約束條件下的公平性進(jìn)行了分析，得到了公平性算法的閉式表達(dá)式。當(dāng)每個(gè)用戶為多天線的情形，為了降低計(jì)算的復(fù)雜度，引入了信道范數(shù)最大的接收天線選擇算法，把每個(gè)用戶為多天線的情形轉(zhuǎn)化成等效的每個(gè)用戶單天線情形，推導(dǎo)的每用戶為單天線的公平性算法仍然適用。進(jìn)一步研究了總功率受限和每天線功率受限下的能效傳輸問(wèn)題。問(wèn)題是一個(gè)非凸的分式優(yōu)化問(wèn)題，針對(duì)該問(wèn)題，提出了一種能效最大化迭代算法，把分式優(yōu)化問(wèn)題

4、轉(zhuǎn)化成等價(jià)的整式優(yōu)化問(wèn)題。在每次迭代過(guò)程中，通過(guò)拉格朗日對(duì)偶分解可獲得最優(yōu)的功率分配值，從而獲得最大的能效值。
　　在多小區(qū)低負(fù)載場(chǎng)景下，分別研究了基于基站休眠和帶寬擴(kuò)展的能量節(jié)省問(wèn)題?；诨拘菝卟呗?，在滿足用戶不同的服務(wù)質(zhì)量要求下，建模成一個(gè)能量消耗最小化問(wèn)題，提出了一種基于基站休眠模式的移動(dòng)臺(tái)輪詢接入基站算法。該算法能顯著降低系統(tǒng)的能量消耗，并具有較低的復(fù)雜度。基于帶寬擴(kuò)展，提出了多用戶OFDM(Orthogonal Fre

5、quency Division Multiplexing)下行鏈路系統(tǒng)中的能量節(jié)省迭代算法。原問(wèn)題是一個(gè)混合的優(yōu)化問(wèn)題，通過(guò)變量代換，原問(wèn)題轉(zhuǎn)化成關(guān)于子載波分配的整數(shù)優(yōu)化問(wèn)題。針對(duì)該整數(shù)優(yōu)化問(wèn)題，提出了兩種低復(fù)雜度的子載波分配算法，即功率最小化迭代子載波分配算法和修正的向右滑動(dòng)迭代算法。這兩種算法以不同的方式對(duì)子載波進(jìn)行分配。其性能都優(yōu)于平均分配子載波算法，和窮搜算法具有相同的性能。
　　在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，多個(gè)基站以簇的形式進(jìn)行協(xié)

6、作。由于系統(tǒng)各種開(kāi)銷的增加，所有基站不可能進(jìn)行全部協(xié)作。因此，如何把系統(tǒng)中的基站以較低的復(fù)雜度劃分成不同的簇進(jìn)行協(xié)作是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的內(nèi)容。本文提出了一種新穎的下行鏈路多基站協(xié)作動(dòng)態(tài)成簇算法，并研究了系統(tǒng)的能量效率。首先，在每個(gè)符號(hào)等功率分配和每個(gè)天線等功率約束的條件下，分別推導(dǎo)了在完美的發(fā)送功率和實(shí)際發(fā)送功率條件下系統(tǒng)的頻譜效率和能量效率。其次，提出了一種基于信道范數(shù)的低復(fù)雜度動(dòng)態(tài)成簇算法。所提算法的能量效率要好于靜態(tài)成簇算法的能量效