基于干扰消除的大规模MIMO系统的能量效率研究

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大规模多输入多输出(MIMO)技术因其能够大幅度提高系统的能量效率(EE)和频谱效率(SE)已成为5G通信系统的关键技术之一。实现大规模MIMO系统增益的同时,也需要考虑硬件成本、系统功耗等因素。在系统接收端,低精度模拟数字转换器(ADCs)可用于进一步改善系统能量效率,降低接收机中ADC的精度可以在很大程度上降低硬件成本和电路复杂度,在部署大规模MIMO系统时达到低成本、低功耗、低复杂度的目的。此外,大规模MIMO系统在接收端配置相应的检测器检测接收到的信号,使用不同检测器对系统能量效率也会有很大的影响。因此,研究低精度ADC大规模MIMO系统中根据不同实际场景参数对检测器进行选择,对提升系统的能量效率和部署大规模MIMO系统具有重要意义。由于基于干扰消除的检测器具有更好的检测性能,因而被广泛应用于大规模MIMO系统进行信号检测,但是基于干扰消除检测器对系统能量效率的影响还需要进一步研究。本文将基于格基规约干扰消除的检测器用于低精度ADC大规模MIMO系统,提出基于干扰消除检测的大规模MIMO系统的能量效率研究方案,通过加性量化噪声模型(AQNM)对系统接收端量化后的信号进行建模,研究不同场景下信号检测对实际系统能量效率的影响。此外,考虑给定信号调制和信号处理方案的实际可达速率,利用达到相同误码率(BER)性能不同检测器对应不同信噪比(SNR)进而对实际所需传输功率进行有效分析,为研究不同检测器在实际应用场景系统中的能量效率提供一个新的视角。所提出的方案可以为非线性检测器和线性检测器对不同基站(BS)天线数、小区大小、量化比特数、目标BER等场景参数的选择提供有效参考,从而进一步提高系统的能量效率。实验结果表明基于格基规约干扰消除的非线性检测器在BS天线数较少、目标BER很小、小区范围较大的场景下才能达到更优的能量效率。同时增大BS端信号处理速率可以有效提升系统能量效率,使得非线性检测器在更大范围内变得有利。当BS天线的数量很大、小区范围较小的情况下,线性检测器会达到更优的能量效率。此外,无论是使用线性检测器还是非线性检测器,在选择ADC时需要使用量化比特数为5-7比特的ADC,以平衡其自身的功耗和相关的非线性失真,才能使系统的能量效率得到提升。
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