基于天线选择技术的MassiveMIMO系统能效优化问题研究

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Massive MIMO系统通过在基站端配置超大规模天线阵列,能够在充分利用空间自由度的同时为更多的用户提供无线通信服务,有望在不增加额外系统发送功率及带宽的情况下,显著提高系统的谱效和能效,是未来5G最具竞争力的主流备选方案之一。当使用所有天线进行无线数据传输时,Massive MIMO系统的基站需要安装与基站天线数目相同的射频链路,导致系统的射频链路硬件成本和实现复杂度大大增加。天线选择技术通过选择合适的天线子集进行数据传输,能够在获得较高谱效和能效的同时降低系统成本及实现复杂度,从而满足绿色宽带移动通信的要求。因此,Massive MIMO系统中天线选择技术的应用成为目前的研究热点。本文基于天线选择技术,针对Massive MIMO系统中的能效优化问题作了进一步的研究与分析。论文的主要内容安排如下:1、研究了基于发送天线选择技术的不同Massive MIMO系统模型下系统能效优化问题,并通过数学理论推导证明了最大化系统能效的最优天线选择数目的存在性及唯一性。2、针对基于天线选择技术的单用户Massive MIMO系统的能效优化问题,提出了一种低复杂度的基于二分法的快速天线选择算法,在提高系统容量的同时兼顾自身功率消耗。理论分析证明了最大化系统能效的最优天线选择数目的存在性。仿真结果表明,本文所提天线选择算法通过优化激活部分基站天线能够显著提高单用户Massive MIMO下行链路系统能效性能。3、研究了多用户Massive MIMO下行链路系统中基于发送天线选择技术的能效优化问题,并针对该系统中的能效优化机制进行分析讨论。采用多用户线性预编码方案降低用户间干扰,构建了新的系统能效优化模型,分析了系统总功耗及能效性能受基站天线数目与用户数目的影响,并通过理论推导证明了多用户场景下最大化系统能效的最优天线选择数目解的存在性和唯一性,并给出了其近似闭式解。仿真结果验证了天线选择技术在提高Massive MIMO系统能效方面的有效性。
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