超密集网络大规模MIMO系统能量效率优化研究

摘要

下一代移动通信（5G）旨在向用户提供更高速率更低时延的优质通信服务，而超密集网络（UDN）和大规模MIMO等新技术带来服务质量（QoS）和频谱效率（SE）显著提升的同时，通信能耗等生态环境问题也引起了广泛关注。能量效率（EE）作为5G的一项关键技术指标，对其进一步的研究是实现可持续发展和绿色通信的重要途径。本文对超密集网络大规模MIMO系统能量效率进行了深入研究，以探求能量效率最大化的最优部署策略。 首先，本文采用随机几何方法建模，并对多层超密集异构网（HetNet）中能量效率进行分析，以两层HetNet为例分别阐述了宏蜂窝基站密度和小蜂窝基站密度对网络能效的影响。接着，提出了一种适用于MIMO系统的电路功耗模型，探讨基站天线数、用户数和发送功率对单小区多用户MIMO能量效率的影响，由此得到一种快速寻找EE最优点的迭代优化算法。最后，综合考虑超密集网络和大规模MIMO技术，应用所提出的新的电路功耗模型，分析基站密度、发送信号功率、基站天线数、小区用户数以及导频复用因子等更多因素对多小区多用户MIMO系统能量效率的影响，得到能量效率最大化的最优部署方案以及各最优参数与硬件特性、传播环境之间的关系。仿真与数值计算结果显示，超密集网络部署可显著提高能量效率，而该最优部署方案又与大规模MIMO场景相符合。

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