空间相关信道下基于能效的MIMO传输分集模式选择

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随着移动通信业务的高速发展,人们对于高速数据通信的需求越来越大。与此同时,随着移动互联网的发展,移动终端和移动数据业务量都呈指数增长。然而无线通信数据业务的高速发展带来了无线通信产业的能耗问题。无线通信系统工作时产生的CO2排放量占了整个工业CO2排放量很大的比重,并且每年都在高速增长。这将会严重影响我们赖以生存的生态环境,因此无线通信系统能耗产生的生态问题越来越得到重视。同时通信产业的能耗问题不仅仅是生态问题,而且是经济成本问题。每年各大无线网络运营商都需要花费很大的支出用于解决无线通信基站的能耗问题。因此,研究如何降低通信系统的能耗,设计更加高能效的系统具有着极为重要的现实意义,并且迫在眉睫。MIMO技术作为3G和4G中的主要技术被广泛应用于现实的无线通信系统中。MIMO技术使用多天线发送和接收,能够极大降低系统的中断概率、提高系统的传输速率。但是多天线处于工作时,每根天线都会产生相应的电路功耗,这会导致MIMO系统产生很大的能耗。这与我们追求高效、绿色通信的目标背道而驰。所以如何减少MIMO系统的系统能耗成为了研究热点。至今,MIMO的能效问题已经有了一些研究结果。这些研究基本上都是从硬件、网络层、链路层三个方向的研究。但是MIMO系统能效问题的研究并不完善,还有很多问题一直在被研究。例如链路层方向的研究很多都没有考虑空间相关性、有些研究只考虑了MISO场景却没有考虑MIMO场景。因此本文我们研究了空间相关MIMO分集系统下的模式选择问题。希望通过传输方式和发送接收天线数的选择使MIMO系统工作在最低能耗状态下。本文的研究思路是首先计算不同传输方式下的系统能耗,分析不同传输方式下系统能耗的特性,然后提出模式选择策略。主要研究内容和贡献如下:空间相关信道下基于能效的MISO分集系统模式选择:MISO传输系统是现实通信中的一个很普遍的系统,移动终端由于处理能力只采用单天线接收数据。发送端即基站采用多天线发送数据,并可以使用发送天线选择和波束赋形两种分集发送方式。我们设定发送端和接收端都已知完美信道状态信息。我们通过理论推导得到了发送天线选择系统和波束赋形系统的系统能耗表达式。并根据不同系统的能耗公式特性,我们提出了一种空间相关MISO场景下基于能效的模式选择策略。最后仿真中我们展示了空间相关性对于能效的影响以及我们提出的模式选择策略的优势。空间相关信道下基于能效的MIMO分集系统模式选择:MIMO系统相比于MISO系统更加复杂,在接收端可以采用多天线。同时接收端可以采用接收天线选择和最大合并比接收两种分集接收方式。如何选择传输方式和发送接收天线数是我们研究的模式选择问题。我们分别计算了不同发送方式和分集方式组成的分集系统的系统能耗。根据系统能耗与发送天线数和接收天线数之间的关系,我们提出了MIMO系统下的模式选择策略。通过仿真,我们展示了发送端和接收端的空间相关性对于系统能效的影响。同时我们仿真验证了我们的模式选择策略能够使MIMO系统更加高效。
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