基于能量效率的自适应多天线传输技术研究.pdf

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1、中国科学技术大学博士学位论又基于能量效率的自适应多天线传输技术研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：许杰通信与信息系统邱玲教授二O一二年四月二十五日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’SdegreeEnergYEfficientAdaptiveMulti-AntennaSystemsAuthor’SName：JieXuSpecialty：CommunicationsandInformationSystemProf．LingQiuFinishedt

2、ime：25April2012中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：二挝签字日期：芦fk6．歹中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文

3、编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。妇开口保密(年)作者签名：名冬。生，作者签名：叫印。?：)导师虢妄幽堑王签字日期：秒，2、6·f签字日期：撕I2、6．厂摘要随着移动互联网的快速发展，新兴业务和移动应用的爆炸性增长，移动用户对传输速率提出了更高的要求。多天线系统通过在收发端配置多根天线，利用复用／分集增益提高系统的频谱效率和传输可靠性，已经成为了未来移动通信系统的一项基本技术。传统多天线技术主要关注频谱效率，从信

4、息论的角度探寻最大可达容量。与此同时，无线通信系统的高能耗成为了一个严重的问题，提高多天线系统的能量效率，对无线通信系统的绿色化有着重要的实用价值和意义。从频谱效率的角度，采用更大的发送功率、更多的发送天线和更高的带宽可以获得系统容量的提升。但从能量效率的角度，由于发送功率之外的功放线路功率、信号处理功率、馈线损耗等其它部分功率的存在，使得采用更大的发送功率、更多的发送天线和更高的带宽并不总是可以提高系统的能量效率，甚至会带来能量效率的恶化。因此，如何在保证频谱效率的同时提高多天线系统的能量效率是一个亟待解决的问题。本文关注下行多天线系统

5、，对下行多入多出(MIMO)技术三种可能的应用方式：单用户MIMO、多用户MIMO和多小区MISO的能量效率问题进行了系统的研究，提出基于能量效率的自适应传输技术，在保证频谱效率的基础上提高能量效率。首先，本文针对基于脏纸编码的下行多用户MIMO广播信道能效优化问题，提出了联合发送协方差矩阵优化和激活发送天线选择的能效优化基本框架，得到MIMO广播信道的能量效率理论上界，为能效优化的多用户MIMO传输指明了方向。在固定激活发送天线集合的情况下，利用MIMO广播信道和多址接入信道的对偶性，将MIMO广播信道的能效优化问题转化为凸分数优化问题

6、，提出一种能效优化的迭代功率注水算法，并证明其收敛于全局最优点；在此基础上，提出激活发送天线选择来选取能量效率最优的激活发送天线集合，通过关闭非激活天线集合对应的功率放大器节省线路功率。接下来，本文针对采用实用低复杂度的线性预编码技术、具有非完善发送端信道状态信息(CSIT)等实际约束的多用户MIMO系统的能效优化问题，提出多模传输技术来优化系统能量效率。由于非完善CSIT的存在将导致多用户干扰，多个用户复用以后，存在复用增益与多用户干扰之间的折中，因此考虑了两种传输策略——基于奇异值分解的单用户MIMO和基于块对角化的多用，户MIMO。

7、通过综合考虑发送功率、系统带宽、发送天线、接收天线／用户、传输策略等参数对能量效率的影响，针对以下两种场景，提出联合发送功率／带宽优化和模式选择的策略，提高多用户MIMO系统能量效率，具有很好的实用价值。1)针对发送天线数目大于等于所有用户接收天线数目的场景，将模式定义为以下参数——传输策略、发送天线数目、接收天线数目和用户数目，进而提出基于各态历经容量的模式切换策略来提高能效。在固定的模式下，针对单用户MIMO和多用户MIMO，分别给出基于能效的发送功率／带宽联合优化方案，并提出一种对抗不完善CSIT的信道容量预测方法来帮助上述优化；在

8、此基础上，进一步基于各态历经容量给出能效优化模式选择算法，为不同场景下最优能量效率对应的模式提供了指导意义。2)针对发送天线数目小于所有用户接收天线数目的场景，将模式定义为以下参数——传输策略