分布式天线系统中能效优化的技术研究

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随着移动通信技术的快速发展,人们在获得高速率、高质量、多业务服务的同时,通信系统的能量消耗也急剧增加,这促进了以降低系统能耗、提高系统能效为目标的绿色通信技术发展。分布式天线系统作为绿色通信的重要组成部分,以其部署灵活、用户平均接入距离短、能耗低等优点而受到广泛关注,本文着重研究在分布式天线系统下能效最优的功率分配算法以及DA部署问题。为了对后面章节奠定必要的理论基础,本文首先介绍了移动通信系统的无线信道理论,包括大尺度衰落和小尺度衰落。于此同时,对分布式天线系统的传输架构以及下行链路容量进行分析,介绍了常用的能效评价指标以及能耗模型。本文对单用户场景下分布式天线系统的能效进行了分析。根据约束条件建立能效最优的优化问题,为了解决该问题,本文引入相关引理和定理,将原优化问题转化为一个两步优化求解过程。首先得到最优的天线数,最后通过Lambert函数计算能效最优所对应的分配功率。同时,与其他文章中所提的基于迭代求解Lambert函数算法进行计算复杂度比较。本文所提算法可以和计算机穷搜算法保持相同的能效性能,同时可以明显降低计算复杂度。本文对混合用户分布式天线系统场景下的DA部署问题进行了研究。不同用户采用不同的功率加权因子加以区分,根据用户的分布建立关于DA位置的优化问题。为了更好地求解该问题,本文将最小均方距离准则推广至最小加权均方距离准则,从而得到关于DA位置优化的凸问题。最后,求得DA位置在极坐标系下的闭式解。于此同时,对其能效进行分析,证明存在唯一的功率分配使得上述情况下的系统能效达到最优。仿真表明,本文得到的解在能效水平上和穷搜接近,优于等功率分配算法。本文对混合用户分布式天线系统场景下的功率分配进行了分析。不同于位置优化时的用户,这时用户有着不同的最小速率需求。本文首先根据用户的最小速率需求建立能效最大化的优化问题,由于其目标函数非凸性,本文引入了分式规划及其相关引理对目标函数进行等效转化。通过求解转化问题在其对偶域的解可以得到一个迭代功率分配算法,该算法被证明能够收敛到最优能效。收敛性通过仿真得到进一步验证,同时该算法在能效上优于传统的速率自适应算法。
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