多元干扰下的多单元MIMO传输信道的能量效率

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1、多元干扰下的多单元MIMO传输信道的能量效率JieTang,DanielK.C.So,EmadAlsusa,KhairiAshourHamdiandArmanShojaeifard,电机与电了工程学院曼彻斯特大学，曼彻斯特，M139PL,英国Emails:{jie.tang,d.so,e.alsusa,k.hamdi,a.shojaeifard)@mancheste匚ac.uk摘要：在绿色无线通信屮，对于多输入多输出干扰广播信道的能量效率值，描述其基木度录值是很重要的。干扰消除背景下，本文解决了能

2、量效率最优化问题。我们利用基于联合干扰消除的群体方案，达到来去除小区间干扰和用户间干扰，因此把多输入多输出十扰广播信道问题转化为一个独立单元独立用户MIMO场景。我们捉出一个棊木场的最适合的能量适应方案，包括了注水法和奇异值分解，用來最大化每个单元的能量效率。数值模拟的结果证实了理论结果，说切提出的资源分配算法可以有效的接近最理想的能量效率。一、引言为了满足无线负载和能量消耗的高需求的挑战，绿色演化已经变成了今犬无线网络的一种紧迫需要。因此，绿色无线电通讯，作为一种针对未来无线构筑和技术进化而来的

3、研究方向，已经被公认为是未来能量效率无线通信的一种重要的趋势。频谱效率已经成为评估无线通信网络设计和最优化的主要衡量指标，也是最化蜂肉数据系统效率的-•种重要的措施。尽管通过频谱效率测量可以得出：一个有限频率的频谱被使用的非常有效率，但是它没有引起高效率的能量损耗。近年来，由于蜂窝数据网络的高能量消耗，涉及到每焦耳最人比特方面能量效率的研究，已经获得很人的关注。例如，文献【1】屮提到独立连接最优化，文献［2］小提到单小区场景，文献【3】屮提到认知无线电网络，近些年，关于协作中继网络的研究工作也开始

4、了。与此同时，对于下一代数据网络（比如LTE・A和WiMAX），由于下行链路多用户方法，本身在平均数据速率表现上有重耍的进步，因此，卜•行链路多用户方法作为一种重要的赋能技术。为了理解下行链路多用户方法理论上的数据速率限制，MIMO的容量或者光谱效率的研究已经在文献中开展，例如：文献［5］和【6】中提及了：相对于已冇对MIMO广播信道的频谱效率研究，仅仅考虑传输的能虽限制，MIMO广播信道的能量效率的研究需要对下行链路MU-MIM0系统的能量消耗冇详尽的理解。文献【7】中，作者考虑一个调度程序的能

5、量效率，通过随机波束成形算法，程序町以被川到广播信道的发射器屮。文献【8】中，作者解决了下行链路MIMO系统的能量效率最大化问题，在一个协方差优化发送中问题中，使用新颖的最优化方法来开展工作。同时，MIMO广播信道背杲下，研究接收天线选择方案从而改进其能最消耗。文献【9】中，针对未來数据网络，多单元MU下行链路传输方案已经被进一步讨论了，文献【1（）】到文献【12】中，研究了多单元MU的频谱效率吞叶量。文献【10】中，在数据网络的基础上作者提岀了一个干扰清除，命名为了干扰清除。为了了解无人变电所的

6、同步干扰，以多元了空间（代替单一方向）为基础进行清除干扰。在多单元MIMO高斯干扰传播信道（多输入多输出干扰广播信道），在它的单元内每个基站都覆盖大量的用户。因此存在两种干扰：用八间干扰和小区间干扰。为了两个方面的干扰，文献【11】中为IFBC提出TZF方案，冃的是为了最大化MISO方案的传输速率表现。文献【12】中，MIMO的ZF方案被扩展为大量接收天线的实例。对空间复用增益，作者提供了一个准确的描述，针对两种相互干扰的MIMO传播信道使川了线性转换。但是与多输入多输出十扰广播信道的频谱效率相比

7、，在我们的认知范围内，多输入多输出干扰广播信道能量效率方面的研究工作尚未开展，但是这是非常值得的研究。木文调查了干扰消除背景下，多单元多输入多输出干扰广播信道的能量效率最优化问题。我们利用基于干扰消除方案的群组来移除小区间干扰和用户间干扰拼口转移多输入多输出干扰广播信道到独立单元独立用户MIMO方案。首先，基于固定传输能量Py,我们证明了能量效率的拟凹性，然后在注水法和奇异值分解的棊础上，提出能量自适应微分法來最大化每个单元的能量效率。数值模拟的结果证实了理论结果，说明了提出的资源分配算法可以有效

8、的接近最理想的能量效率。BS3BS1缪V缪7、IntendedsignalInter-cellInterferenceintrxell、'^Interference、《...=/1乞弋一□Uscru口口/Usen.iUsen./□/口口User?.?/Usen.iUscm—Fig.1.Amulti-cellinterferencealignmentschemeshownforthecaseofthreecellsandtwousersineachcell・图1多单元干扰消除