本文關鍵詞： Massive MIMO 能效 功率分配技術 天線選擇技術 凸優(yōu)化　出處：《鄭州大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著無線通信的發(fā)展,移動用戶對通信網絡的數據傳輸速率要求越來越高。Massive MIMO系統通過在基站配置大規(guī)模天線,可在不增加額外系統帶寬的情況下,顯著的提高系統的速率,因而成為下一代移動通信系統的關鍵技術。但是Massive MIMO系統的射頻模塊成本和能源損耗隨基站天線數的增加而增加。為了滿足人們對綠色通信的需求,研究兼顧信號傳輸速率和系統功耗的能效優(yōu)化技術具有更加重要的實際意義。天線選擇和功率分配技術是Massive MIMO系統提高能效的兩種重要技術,但在以往的研究中,能效優(yōu)化以找到最優(yōu)的發(fā)射天線子集為目的,忽略了發(fā)射天線數和發(fā)射功率對能效的影響,而功率分配時,通常假設基站為每個用戶平均分配功率,沒有對用戶不等功率分配時的能效進行分析。針對這些問題,本文做了更深一步的研究,論文的主要工作如下:1、在Massive MIMO系統中,聯合研究發(fā)射天線數和發(fā)射功率對能效的影響,證明了系統存在最優(yōu)的發(fā)射功率和發(fā)射天線數使能效最大,進而提出了一種功率分配和天線選擇聯合優(yōu)化算法求解最優(yōu)值。主要思想為,文中建立了同時考慮發(fā)射功率和電路功率的系統功耗模型,在此模型上,討論基站發(fā)射天線數和用戶數對功耗的影響。然后以能效最大化為優(yōu)化目標,證明了能效分別是關于發(fā)射天線數和發(fā)射功率的凸函數,并利用凸優(yōu)化理論提出了聯合優(yōu)化算法求解最優(yōu)的發(fā)射功率和發(fā)射天線數。仿真結果證明了最優(yōu)解的存在性以及該聯合優(yōu)化算法提高能效的有效性。2、針對Massive MIMO下行鏈路系統能效優(yōu)化問題,研究用戶不等功率分配時的能效優(yōu)化方案,并提出了新的用戶功率分配算法。文中首先建立了在用戶不等功率分配時的能效優(yōu)化模型,并證明了能效是關于用戶功率的凸函數。然后討論了無功率限制和有功率限制兩種場景下的功率分配問題,在無功率限制下提出了功率迭代分配算法求解用戶功率的最優(yōu)值。在有功率限制場景下,利用拉格朗日優(yōu)化得到用戶功率最優(yōu)值的近似表達式。仿真結果說明,與等功率分配算法相比,本文提出的優(yōu)化算法能更大程度的提高系統的能效。
[Abstract]:With the development of wireless communication, mobile users require more and more data transmission rate of the communication network. Massive antennas can be deployed in the base station, which can significantly improve the system speed without increasing the additional system bandwidth. So it becomes the key technology of the next generation mobile communication system, but the cost of RF module and energy loss of Massive MIMO system increase with the increase of the number of base station antennas. It is of great practical significance to study the energy efficiency optimization technology which takes both signal transmission rate and system power consumption into account. Antenna selection and power allocation are two important technologies for improving energy efficiency in Massive MIMO systems. Energy efficiency optimization aims to find the optimal subset of transmit antennas, ignoring the effect of the number of transmit antennas and the transmission power on energy efficiency, and when power allocation is performed, it is usually assumed that the base station allocates power to each user equally. In view of these problems, this paper has done a further study. The main work of this paper is as follows: 1. In Massive MIMO system, the effects of transmit antenna number and transmit power on energy efficiency are studied jointly. It is proved that the energy efficiency is maximized by the existence of optimal transmission power and number of transmit antennas, and a joint optimization algorithm of power allocation and antenna selection is proposed to solve the optimal value. In this paper, a power consumption model considering both transmit power and circuit power is established. In this model, the effects of the number of transmit antennas and the number of users on power consumption are discussed, and the optimization goal is to maximize energy efficiency. It is proved that energy efficiency is a convex function of the number of transmitting antennas and the transmitting power, respectively. Using convex optimization theory, a joint optimization algorithm is proposed to solve the optimal transmit power and the number of transmit antennas. The simulation results prove the existence of the optimal solution and the effectiveness of the joint optimization algorithm to improve energy efficiency. Under Massive MIMO, the proposed algorithm is effective in improving energy efficiency. Energy efficiency optimization of line link systems, The energy efficiency optimization scheme for users with unequal power allocation is studied, and a new user power allocation algorithm is proposed. In this paper, the energy efficiency optimization model for users with unequal power allocation is first established. It is proved that energy efficiency is a convex function of user power. An iterative power allocation algorithm is proposed to solve the optimal value of user power without power constraints. In the scenario with power limitation, the approximate expression of the optimal value of user power is obtained by Lagrangian optimization. The simulation results show that, Compared with the equal-power allocation algorithm, the proposed optimization algorithm can improve the energy efficiency of the system to a greater extent.
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN919.3

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 陸峰;;解碼轉發(fā)中繼通信中聯合功率分配研究[J];科技信息;2012年26期

2 朱聯祥;古昌金;胡栓磊;何凱;;多中繼合作通信系統的功率分配研究[J];電視技術;2012年21期

3 Alfons Graf;Juergen Kositza;Tobias Raithel;;稱雄業(yè)界的汽車功率分配技術[J];中國集成電路;2013年07期

4 徐文官;;隔離與不隔離功率分配網絡輸入反射系數的分析[J];現代雷達;1980年04期

5 鄭敦祥;任意功率分配比的微波開關[J];電子科學學刊;1985年05期

6 張明博;;同軸型八支路等功率分配系統的設計[J];無線電工程;1987年06期

7 夏小梅;彭晶波;;幅度受限的簡化功率分配策略研究[J];電子技術與軟件工程;2013年22期

8 雷霞,唐友喜,李少謙,肖悅;部分傳輸序列法中副信息功率分配的優(yōu)化算法[J];電子與信息學報;2004年07期

9 姜維;唐俊華;;隨機無線通信信道功率分配策略研究[J];信息安全與通信保密;2013年01期

10 俱新德;;不等功率分配或合成的寬頻帶混合變壓器[J];電視技術;1990年03期

相關會議論文 前10條

1 何忠;;淺析全固態(tài)調頻廣播發(fā)射機中的功率分配與合成技術[A];2006全國廣播電視發(fā)射技術論文集（1）[C];2006年

2 周磊;謝小強;徐銳敏;;基于T型結V波段四路功率分配網絡[A];2011年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2011年

3 周雄弟;趙新勝;;無線通信系統中一種新的聯合調度與功率分配方法[A];2006北京地區(qū)高校研究生學術交流會——通信與信息技術會議論文集（上）[C];2006年

4 馮然;徐銳敏;謝小強;;一種新型毫米波空間功率分配合成網絡[A];2007年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2007年

5 陳祥;陳巍;;時變衰落雙向中繼下行信道的信道容量和功率分配[A];第十七屆全國青年通信學術年會論文集[C];2012年

6 宋延濤;楊守義;梅亞楠;;基于認知OFDM網絡的次優(yōu)化功率分配研究[A];2011全國無線及移動通信學術大會論文集[C];2011年

7 劉宇;;基于合同能源管理的建筑通風系統能效水平量化參數研究分析[A];第十四屆西南地區(qū)暖通空調熱能動力學術年會論文集[C];2011年

8 沈川;張勇;謝小強;;一種新型基于波導的Ka波段三路功率分配合成網絡[A];2009年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2009年

9 劉雙;謝小強;謝俊;;改進型四路H-T功率分配/合成器[A];2011年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2011年

10 潘成康;蔡躍明;徐友云;;MIM0多用戶接入和干擾回避[A];江蘇省通信學會2004年學術年會論文集[C];2004年

相關重要報紙文章 前2條

1 北京郵電大學網絡管理研究中心 朱凱;HSDPA組網及管理需求[N];人民郵電;2008年

2 蔡九菊 孫文強;科學用能 合理挖潛[N];中國冶金報;2012年

相關博士學位論文 前10條

1 蔣衛(wèi)恒;基于協作的無線竊聽信道安全通信與功率分配[D];重慶大學;2015年

2 楊潔;中繼協作通信系統中功率分配及能量效率研究[D];南京郵電大學;2015年

3 孫斌;分布式MIMO雷達目標定位與功率分配研究[D];國防科學技術大學;2014年

4 張國立;現貨市場功率分配問題模型及其求解算法研究[D];華北電力大學（河北）;2006年

5 蔡小波;云計算環(huán)境能效建模與優(yōu)化的關鍵技術研究[D];云南大學;2016年

6 羅榮華;認知無線網絡中功率分配技術研究[D];南京郵電大學;2013年

7 張南;無線協作網絡的性能及功率分配研究[D];西安電子科技大學;2012年

8 龐立華;無線協作傳輸中的資源優(yōu)化[D];西安電子科技大學;2013年

9 啜鋼;基于兩跳協作通信系統中斷概率和功率分配的研究[D];北京郵電大學;2010年

10 楊世永;多用戶認知信道的容量域和功率分配的研究[D];華中科技大學;2012年

相關碩士學位論文 前10條

1 苗盼盼;Massive MIMO系統能效優(yōu)化關鍵技術研究[D];鄭州大學;2017年

2 莫大儀;毫米波波導多路功率分配合成器研究[D];華南理工大學;2015年

3 林炳輝;異構無線網絡協作通信中的移動終端功率分配方法[D];華南理工大學;2015年

4 趙芬;基于CDMA架構的安全無線攜能通信系統[D];上海大學;2015年

5 徐巖;隧道協作通信中繼選擇與功率分配方法[D];中國礦業(yè)大學;2015年

6 田坤;異構無線網絡協作通信系統中基于改進遺傳算法的功率分配方案研究[D];華南理工大學;2015年

7 劉琪琪;LTE-A CoMP傳輸調度與功率分配算法研究[D];電子科技大學;2014年

8 周建國;半自治分布式緊湊供電系統的功率分配與電能質量控制策略研究[D];東北大學;2013年

9 楊景瑞;全雙工中繼中的功率分配研究[D];西安電子科技大學;2014年

10 李月霞;無線網絡協作中繼技術研究[D];西南交通大學;2014年

，

本文編號：1521633