绿色分布式天线系统中能量有效的链路自适应传输技术研究

Based on the background of the fifth generation mobile communication in the future, the energy-efficient link adaptive transmission for distributed antenna system (DAS) is deeply studied. By the study, new energy-efficient power allocation, precoding and adaptive transmission schemes are developed. With these schemes, the energy efficiency and tradeoff between energy efficiency and spectrum efficiency are effectively improved, and green DAS can be implemented. According to the quality of service (QoS) requirement and imperfect feedback information, new joint spatial- temporal power allocation and precoding schemes are proposed. By means of spatial-temporal joint power control, the energy efficiency will be improved greatly. Thus, they can provide helpful guidelines for decreasing the energy consumption and increasing energy efficiency. Considering the characteristic of DAS, the energy-efficient power allocation and precoding schemes are designed for DAS with non-Kronecker correlation over spatially correlated channel. Using these schemes, high energy efficiency and strong practicability can be realized. Under average power and bit error rate constraint, an energy-efficient adaptive transmission scheme for DAS is presented, and it can obtain good tradeoff between the energy efficiency and spectrum efficiency while satisfying the QoS. By combing the power allocation and precoding design above, a novel joint spatial-temporal energy-efficient link adaptive transmission scheme is developed for DAS, and resultant much higher energy efficiency is achieved. Meanwhile, the spectrum efficiency is also effectively improved. All these will provide new methods for DAS to realize high energy efficiency and spectrum efficiency as well as their tradeoff.

本项目以未来第五代移动通信为背景，对分布式天线系统(DAS)中能量有效的链路自适应传输技术进行深入研究，旨在提出新的功率分配、预编码和自适应传输方案，提高系统能量效率、获得能量效率和频谱效率有效折中，实现绿色DAS。基于服务质量要求和不完全反馈信息，提出新的联合空域和时域的自适应功率分配以及预编码方案，通过空-时联合功率控制，可获得能效极大地提高，为DAS降低能耗，提高能效提供了依据。针对DAS特点，设计一种非Kronecker相关模型下能效优先的功率分配和预编码方案，实现高能效，增强实用性。基于平均功率和误比特率约束，提出DAS中能量有效的自适应传输方案，在满足服务质量要求同时可实现能效与频效非常好的折中。在此基础上，结合功率分配和预编码设计，提出DAS中新的联合空-时功率控制的能效自适应传输方案，在获得更高的能效同时进一步改善系统频效，为DAS实现高能效和频效以及有效折中提供新方法。

本项目以第五代移动通信为背景，对分布式天线系统(DAS)中能量有效的链路自适应传输技术进行深入研究，旨在提出新的功率分配、预编码、自适应传输以及跨层资源分配方案，提高系统能量效率和传输的可靠性，实现绿色移动通信。分别针对DAS上下行链路，联合功率分配和波束成形，设计有着非Kronecker积的空间相关模型时多种新的低复杂度次优预编码方案，这些方案非常适合DAS的衰落特点，可实现性能和复杂度有效折中，而且是基于信道统计信息，故有着好的应用前景。分别基于瞬时信道信息和统计信道信息，设计高能效的最优和次优功率分配方案，这些方案可以应用不同的复合衰落信道（包括瑞利、莱斯和Nakagami信道），满足各种服务质量的要求，尤其是次优方案可提供闭式功率分配，因此复杂度较低，有着良好的实用性。分别结合连续率和离散率自适应调制，给出了DAS中高能效资源分配优化设计。在目标误比特率和每天线最大功率约束条件下，通过最大化系统能效，获得最优的资源分配方案，可与穷尽搜索方案获得一致的性能，但有着低的实现复杂度。通过把DAS与OFDM有效结合，给出了DAS-OFDM系统的自适应功率分配方案设计，在此基础上针对分布式MISO-OFDM系统，分别提出了一种最优和次优功率分配方案，可实现高能效传输。分别基于瞬时信道信息和统计信道信息，提出了两种次优的能量收集和功率分配方案，这些方案可在收集能量的同时，提升系统能效，具有好的应用前景。针对分布式MIMO系统，基于接收天线选择，分别提出了联合波束成形和功率分配的最优和次优能效预编码方案，可获得高能效的同时实现低复杂度。针对多用户MIMO系统中跨层资源分配，考虑实际中不完全信道信息，联合物理层和数据链路层以及多用户调度，设计了频谱有效的多用户系统跨层方案，在提高频谱效率同时增强了实用性。针对下行毫米波NOMA系统，设计了两种联合功率分配和波束成形的预编码方案，可实现高能效同时有着好的实用性。本项目研究以理论创新为基础，并注重实际中应用，具有非常好的理论和应用价值。