基于大规模天线的蜂窝网络能量采集通信研究

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对更高传输容量的追求一直是无线移动网络通信技术的发展动力,近年来兴起的大规模多输入多输出(MIMO)技术在不增加频谱资源消耗的情况下,能够提升系统频谱效率、减少发射功耗、降低用户间干扰。该技术成为5G通信中的关键技术,得到学术界和工业界的广泛关注。此外,无线携能(SWIPT)技术在进行信息传输的同时,能够实现基站到用户的能量转移,从而解决通信场景下无源用户工作的持续性问题。运用大规模MIMO的波束赋形技术在消除用户间干扰的同时向目标用户提供能量转移。本文旨在研究多小区多用户大规模MIMO-SWIPT场景下,基于功率最小化准则的资源分配联合优化方案,主要创新点如下:首先,针对多小区多用户时分双工通信系统,提出一种基于基站总功耗最小化准则的资源分配模式。在下行链路,配备大规模天线的发射端使用最大比发送方式向用户传输信息,以最小化多小区基站发射总功耗为优化目标,同时兼顾接收SINR约束和能量收获要求。通过詹森不等式推导出接收端的SINR下限,并运用威沙特矩阵的性质对用户的SINR下限进行简化。仿真结果表明,所提方案性能相比传统平均功率分配方案更优,节省大量的基站功率。其次,针对多小区多用户大规模天线系统,采用先采集能量,后传输信息的方式进行通信。在不同上行信息服务质量约束下,考虑两种基于最小化基站发射总功率准则的优化问题。为求解该问题,首先通过随机矩阵论简化速率约束表达式,降低约束复杂度。对简化后的非凸资源分配问题,采用泰勒展开将该问题转化为可求解形式,最后采用连续凸近似算法迭代求解。仿真结果表明,提出的凸近似迭代算法收敛速度很快,在服务质量要求较低的情况下,运用大规模天线分集技术,渐近性分析资源分配策略以较低复杂度获得与非渐近性分析资源分配策略功耗相近的结果。
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