毫米波大规模MIMO网络中资源分配和能效优化问题的研究

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随着互联网和通信行业发展的日趋成熟,由于当前通信可用频谱的短缺,而高频段的毫米波达不到合理的利用率,为了提高这一频段资源的利用率,解决现存在的频谱不足的问题,同时还要满足对未来海量数据的高速率传输要求,提高网络的传输效率。而且无线网络的密集部署引发了巨大的能耗,以及网络密集化部署所产生的频谱方面的提升和能效降低之间的矛盾,基于各方面考虑因素,无线网络的节能设计已经是必然趋势。考虑到上述面临的问题,从而需要进行系统能效优化,根据不同通信系统的情况做出分析,本文的主要内容有以下几点。
  首先,针对毫米波频段和传统蜂窝频段的多频段大规模MIMO异构网络的功率分配问题,提出一种高效的优化系统能效的资源分配算法,考虑在宏基站(MBS)处采用毫米波频率和传统低蜂窝频段和超密集部署具有正交频分多址(OFDMA)的小小区基站(SBS)。在本文中除了调整所有子信道上的功率分布之外,总发射功率还可以根据所有子信道的状态进行调整以使能量效率最大化。将问题线性化为凸优化框架,主要是针对频谱问题和能效问题,达到了优化系统能效的目的。
  其次,综合考虑到能效最大化,功率分配,无线回程带宽分配以及用户服务质量要求,提出一种能效最优的资源分配方案,与现有的资源分配方案不同,所研究方案通过根据信道状态信息和电路功耗将MBS的发送功率分配给SBS和MU以及毫米波频段带宽分为用于接入和回程的带宽,然后SBS将其发送功率分配给用户和用于回程的带宽来最大化能量效率。由于公式化问题是非凸的,通过适当的近似将其转化为凸的问题,该问题首先表述为非凸非线性分数编程,然后将其分解为两个凸子问题,采用Dinkelback方法转换为DCP问题,一阶泰勒将问题线性化为凸优化框架,最终通过KKT条件求得最优解,该优化问题是通过这两个子问题来解决的。
  最后,对于本文提出的关于无线通信系统的毫米波异构网络资源分配进行了广泛的模拟研究,以证明所提方案的有效性,并对实验数据进行对比、验证和分析,以验证所提出的方案的有效性。
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