大规模MIMO异构网中高能效的协作波束赋形技术研究

摘要

信息和通信技术以及无线移动网络的能耗会随着数据传输速率的指数增长而迅速增加，电信行业正在寻求实施绿色节能网络。本文考虑大规模MIMO异构网结构，提出了高能效(Energy Efficiency,EE)的协作波束赋形算法，具体研究内容如下： （1）考虑大规模MIMO异构网中基站最大发射功率及其静态电路功耗约束限制,基于不同协作方案、小基站配备天线个数、大规模MIMO天线个数、服务质量（Quality of Service，QoS）及用户数，提出了EE最优的多点协作传输波束赋形(Coordinated multi-point transmission beamforming，CMBF)算法。本文分析不同参数对系统EE的影响，推导最优EE的闭式表达式。采用半正定松弛的方法，使系统能耗最低，进而提高系统EE。分析和仿真结果表明，在基于EE最优的CMBF算法设计中，用户数量、各基站天线数量、QoS和协作基站参数设置对系统EE影响显著。因此，所提算法能够更好的优化系统，实现了高EE的异构网设计。 （2）基于低复杂度的Multiflow-RZF（Multiflow-Regularized Zero-Forcing）波束赋形设计，研究了更符合实际应用的天线发射功率约束优化，同时考虑天线数量、用户数、QoS等因素影响，提出了EE最优的渐近式RZF协作波束赋形(Asymptotic Regularized Zero-forcing Coordinated Beamforming,ARZF-CoBF)算法设计。本文定义了考虑回程结构的系统功耗模型，并将CMBF算法设计问题转换为功率集合优化问题。ARZF-CoBF算法迭代优化功率的同时，通过渐进式优化Multiflow-RZF波束赋形设计，实现系统EE最优。

目录

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 本文主要研究内容

第二章大规模MIMO异构网络相关技术

2.1 Massive MIMO技术

2.2 异构网技术

2.3 协作多点技术

2.4 波束赋形技术

2.5 本章小结

第三章 基于凸优化的高能效协作波束赋形设计

3.1 引言

3.2 系统模型

3.3 基于能效的波束赋形算法设计

3.4 协作方案设计

3.5 仿真结果

3.6 本章小结

第四章基于能效渐进式RZF协作波束赋形设计

4.1 引言

4.2 功耗模型和能效模型

4.3 渐进式RZF协作波束赋形算法

4.4 仿真结果及分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文工作总结

5.2 下一步研究方向

参考文献

致谢