大规模MIMO系统中能效优化研究

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大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术是第五代(the Fifth Generation,5G)移动通信系统中的重要技术之一,相比传统的多用户MIMO技术,大规模MIMO技术通过在基站端配置大量发射天线极大地提高了系统的性能,但是,天线数量的增加也导致了更高的功率消耗。而此时,全球无线通信系统所消耗的能源呈现大幅上涨的趋势,发展以能量效率优化为目标的绿色通信成为无线通信研究的一个重要方向。在此背景下,本文对大规模MIMO系统中的能量效率优化问题进行了研究,主要的创新性内容如下:1.针对大规模MIMO系统中通过功率分配优化能量效率的问题,提出了一种基于萤火虫群优化的功率分配算法。该算法通过模拟萤火虫群的交互行为对功率分配方案的搜索过程进行了优化,具有搜索精度高、收敛速度快以及调节参数少等优点。通过仿真将所提算法与其他典型算法进行对比分析,结果表明所提算法能够在降低复杂度的同时保证性能,验证了其有效性。2.针对大规模MIMO系统中频谱效率和能量效率之间的平衡问题,提出了一种基于差分进化的能量效率与频谱效率联合优化算法,并以总发射功率与发射天线数为决策变量来求解能量效率和频谱效率联合优化的问题。通过仿真将本文所提算法与其他典型算法进行对比分析,结果表明所提算法能够在较低的计算复杂度情况下,保证所求多目标优化问题Pareto最优解集的多样性以及广泛性,得到不同的最大能量效率要求下系统的最优发射功率与天线数量。
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