大型虚拟MIMO系统的性能分析

【摘要】移动通信蜂窝网是我国信息高速公路的重要组成部分,对国民经济有着巨大的推动作用。随着移动互联网和物联网的发展,对无线通信业务的需求增长迅速。为了在应对业务增长的同时保证移动通信蜂窝网络的可持续发展,联合提高网络的容量和能量效率是亟待解决的问题。多输入多输出(MIMO)技术通过在无线链路的两端分别装备多根天线,可以有效的提高无线通信系统的能量效率和(或)频谱效率。但是由于终端设备的尺寸的限制,MIMO技术的优势就受到了制约,虚拟MIMO(V-MIMO)技术通过多用户的分布式协作来模拟一个MIMO系统,突破了终端天线数的限制,有望于在蜂窝网的架构下获取较高的MIMO增益。V-MIMO技术可以用于提高系统的能量效率(EE)或频谱效率(SE)。了解EE和SE之间的置换关系有利于明确V-MIMO技术的性能极限,从而指导实际V-MIMO系统的设计与优化。目前在大型蜂窝V-MIMO系统中,EE和SE这对天然的矛盾体的关系还不明确。为此,本论文针对基于解码转发的多用户蜂窝V-MIMO系统的上行链路,研究了其EE与SE的折中关系。我们首先推导了描述EE-SE置换关系的隐函数通式。其次,在高SE和低SE两种极限情况下,我们推导了描述EE-SE置换关系的闭合表达式,并针对高SE的情况提出了一种优化EE-SE置换关系的启发式的资源分配方法。通过大量的理论和数值结果,我们系统性的研究了V-MIMO系统EE-SE置换关系随着终端用户空间密度、基站空间密度、解码转发传输协议设计等系统参数的影响。通过与传统的MIMO系统进行比较,我们发现在不同的场景情况下,V-MIMO系统并不一定总是对系统性能有益,而只在一定的EE或SE范围内有益。降低频谱复用率、动态资源分配以及用户密度控制,都对提高蜂窝V-MIMO系统的性能起着关键的作用。
【作者】余洁；
【导师】洪学敏；
【作者基本信息】厦门大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】能量效率；频谱效率；虚拟MIMO；自适应资源分配；

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