基于極化信號(hào)處理的蜂窩網(wǎng)絡(luò)能效優(yōu)化技術(shù)研究

1、隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的高速發(fā)展,未來移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的能耗也會(huì)持續(xù)增加,經(jīng)由綠色通信實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。另外,國(guó)際電信聯(lián)盟在其5G愿景中也提出了5G網(wǎng)絡(luò)能效提升100倍的發(fā)展目標(biāo)。傳統(tǒng)的能效優(yōu)化技術(shù)利用時(shí)域、頻域、空域等多個(gè)維度的無線資源提升蜂窩網(wǎng)絡(luò)的能量效率。事實(shí)上,除了上述維度的無線資源之外,作為信號(hào)固有屬性的極化域資源也是一種可以利用的重要資源。面對(duì)著綠色可持續(xù)的發(fā)展目標(biāo)與高能耗之間的突出矛盾,極化信號(hào)處理技術(shù)可以成為提升蜂窩網(wǎng)絡(luò)能量效率的有效手段。論文選題來源于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于認(rèn)知與極化信號(hào)處理的功放節(jié)能研究”(項(xiàng)目編號(hào)

2、:61271177)。論文針對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中非線性功放的高能耗、射頻鏈路大量部署導(dǎo)致的高能耗、以及如何高效利用干擾信號(hào)功率等多個(gè)限制能效提升的關(guān)鍵問題,挖掘極化信號(hào)處理方法在對(duì)抗功放非線性、減少所需射頻鏈路數(shù)目、以及控制矢量信號(hào)接收強(qiáng)度等方面的性能優(yōu)勢(shì)并探索極化域資源與其他維度無線資源協(xié)同處理的可行性,提出了一系列基于極化信號(hào)處理的能效優(yōu)化新理論和新方法。論文的具體研究工作如下:(1)對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的能效優(yōu)化技術(shù)和極化信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行了綜述與分析。首先將現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)能效優(yōu)化技術(shù)分為組件級(jí)解決方案、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與部署、能量傳輸與采集、以及多維度資源分配四類,并對(duì)每一類的能效優(yōu)化技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行歸納總結(jié)。其

3、次對(duì)極化信號(hào)處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了梳理,重點(diǎn)關(guān)注去極化效應(yīng),以及無線通信中極化信號(hào)處理技術(shù)的研究進(jìn)展。最后對(duì)利用極化信號(hào)處理技術(shù)提升蜂窩網(wǎng)絡(luò)能效的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)進(jìn)行了總結(jié),從而奠定了全文中利用極化信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行能效優(yōu)化的理論基礎(chǔ)。(2)針對(duì)功放非線性導(dǎo)致的高能耗問題,提出了極化調(diào)制與正交幅度調(diào)制(QuadratureAmplitudeModulation,QAM)聯(lián)合的功放能效優(yōu)化算法。該算法利用了極化狀態(tài)不受功放非線性影響的特性，并結(jié)合QA幗制在功放線性區(qū)的性能優(yōu)勢(shì),達(dá)到優(yōu)化功放能效的目的。首先針對(duì)功放能效優(yōu)化問題進(jìn)行建模,其次針對(duì)理想信道與實(shí)際去極化信道分別設(shè)計(jì)了基于全頻帶和基于子載波組的

4、自適應(yīng)聯(lián)合調(diào)制算法,由發(fā)送端根據(jù)當(dāng)前的數(shù)據(jù)速率需求與信道狀態(tài)，自適應(yīng)確定極化調(diào)制與QA幗制最優(yōu)的調(diào)制階數(shù)以及功放的最佳工作點(diǎn),此外還探究了所提自適應(yīng)聯(lián)合調(diào)制算法對(duì)信道估計(jì)誤差的魯棒性。仿真結(jié)果表明,論文所提算法可以將功放能效提升50%以上。(3)針對(duì)射頻鏈路大量部署導(dǎo)致的高能耗問題,提出了一種基于極化空間聯(lián)合預(yù)編碼的射頻鏈路能效優(yōu)化算法。該算法利用了雙極化天線間的正交性,通過對(duì)信道中的極化信息與空間信息分別進(jìn)行預(yù)編碼設(shè)計(jì),可以利用有限的基站端天線接收導(dǎo)頻信號(hào),并據(jù)此估計(jì)完整的信道狀態(tài)信息,從而顯著減少系統(tǒng)所需的射頻鏈路數(shù)目。仿真結(jié)果表明,論文所提算法通過增加極化域的自由度,可以在不損失天線陣列增益的前提下實(shí)現(xiàn)能量效率的提升。(4)針對(duì)如何高效利用干擾信號(hào)功率這一問題,提出了基于變極化接收的信息能量同傳系統(tǒng)能效優(yōu)化算法。該算法利用了信號(hào)接收中的極化匹配與失配特性可以通過為不同種類用戶設(shè)計(jì)不同的變極化接收方案,從而提升系統(tǒng)能效。對(duì)于數(shù)據(jù)接收用戶,利用極化失配接收方案消除用戶間干擾而對(duì)于能量采集用戶,則利用極化匹配接收方案對(duì)