论文部分内容阅读
移动通信已经进入5G(Fifth Generation,5G)时代,而3D大规模MIMO(3D Massive Multiple-input Multiple-output)技术是5G移动通信的关键技术。3D大规模MIMO技术不仅包含传统MIMO技术的优点,也具有独特的性质,但是该技术也带来一些新的问题。由于采用了大规模天线阵列,不仅使得射频链路大大增加,而且也增加了系统的功耗,这与近年来绿色通信的理念相违背;并且3D大规模MIMO增加了垂直维度的信息,使得信道建模更加困难。因此本文提出基于绿色通信的3D大规模MIMO天线选择算法。算法的目的是在满足通信质量和通信容量的前提下,降低系统功耗,达到绿色通信。本文主要研究内容如下:本文建立了 3D大规模MIMO系统的信道模型。在基站端采用圆柱体阵列,利用发射信号的垂直俯仰角信息,构造了 3D阵列天线的发射信号模型,结合移动端平面接收阵列,构建了 3D大规模MIMO信道模型。根据接收信号模型,推导了用户的下行功率和干扰功率模型。依据该信号模型,推导了基于绿色通信的3D大规模MIMO天线选择算法。该算法分三部分。第一部分,基于非合作博弈的功率控制算法。该算法根据用户的信干噪比和用户下行功率之间的关系,推导了基于非合作博弈的3D大规模MIMO功率控制算法,并且给出了博弈过程均衡点的存在性证明。博弈结果得到各个用户下行信号的俯仰角和用户所需的下行功率。第二部分,根据基站天线的发射功率和系统容量,构造了基于博弈论的大规模 MIMO 天线选择算法(Antenna Selection Algorithm Based on Game Theory,AS-GT)。该算法通过系统容量和发射功率构造博弈的效用函数,每进行一—次博弈都得到一组天线,在博弈达到均衡时,能源效率取得最大值,并给出了纳什均衡点存在性证明,纳什均衡点与能源效率之间是等价的。第三部分,将3D大规模MIMO功率控制算法和大规模MIMO天线选择算法相结合,把大规模MIMO天线选择算法推广到3D大规模MIMO天线选择算法。算法经过了仿真分析,结果表明,采用博弈论算法能够克服局部最优,在保持信道容量较高的同时也提高了能源效率,并且3D大规模MIMO天线选择算法的能源效率高于大规模MIMO天线选择算法的能源效率。综上,3D大规模MIMO天线选择算法在立体阵列天线下,利用俯仰角信息,系统容量和发射功率的博弈,提高了系统的能源效率,有助于实现绿色通信。