大规模MIMO 技术不仅能够使得通信系统的信道容量明显提高, 还能对通信系统的能耗效率也有很大的改善。本节将对大规模MIMO 系统选取了最为关键的EE（能效）以及SE（频谱效率） 两方面的性能进行分析。

2。2。1频谱效率

正常情况下，大规模MIMO 系统中很难同时提高其频谱效率与能量效率，这是因为提高频谱效率就意味要增大相关发射功率，而这样做也导致了系统的能量效率降低。但是在在实际通信网络中，天线数量确定了之后， 我们通过调节通信系统其他参数(如导频序列的持续时间、发射功率等) 以此来提高增加频谱效率而带来的对能量效率降低的影响，当然反之亦然。

2。2。2能量效率

近些年来，受到能源短缺以及温室效应等多种问题的影响，通信系统的能量效率问题愈来愈受到业界和学术界的关注。自从绿色通信技术提出以来，与其相关的研究就如雨后春笋般出现在公众的视野，目前以取得的成就有：

  (1) 利用通信数据流量的动态性，间歇性地关闭一些基站，以此来实现提高系统能耗的目的。

  (2) 另外，我们可以采用电磁传输在电源和接收设备之间进行无线能量交换，也是未来提高系统能效的一个重要研究方向。同时无线能量传输也可以改善充电方式以此来延长无线网络的使用寿命。目前，该技术在业界的反响也比较激烈，这种方式与无线信息传输有些相似，但是受到路径损耗、快衰落等其他因素的影响， 在进行无线能量传输的同时也会遇有传输损耗。所以，为了提高系统的能量传输效率，我们必须研究出更为先进的技术(如最优波束赋型）等。

2。3 大规模MIMO系统的能效优化研究

近些年以来，地球的资源危机加剧，节能减排已是全球共识。为此通信界也掀起了绿色通信研究的热潮。MIMO技术也是作为提高通信系统的能效的一项候补技术受到了通信信息产业界的重视。并且与MIMO技术针对系统能效优化研究的相关课题也陆续展开，也取得了一些进展。

早在1995年的时候Telatar的研究就表明：MIMO系统能利用多收多发特性，在不增加额外的频谱资源以及发射功率的前提下，明显提高通信系统的频谱空间利用率。从这一方面来说，MIMO系统在能效方面是有一定优势的。但是由于MIMO系统的多天线配置，使得通信系统的电路消耗的能量也会增加，所以MIMO系统的能效优化还有待研究。

文献[11]针对MU-MIMO（Multi-User MIMO,多用户MIMO）系统的下行链路进行了研究，并且研究出了基于能效的用户调度方案，这个方案是通过关闭没选择到的射频链路，以此来提高通信系统的能效。仿真结果也表明该方案有较好的能效性能，而伴随的网络延迟则可以忽略不计。

文献[12]将能效指标定义为bit/J，利用功率分配算法以及选择活跃的传输天线以此来提高MIMO系统的能效。在活跃天线集合固定的条件下，通过迭代注水法使得系统能效最大化，然后利用利用穷举法确定使用的传输天线使得系统能效进一步得到提高。

第三章 协作通信的技术原理

3。1协作通信的简介

我们常说的协作，一般指的是通信网络中的协作单元[eNB（演进形基站）、Cell（小区）、站点、中继站等]通过彼此之间的协作进行资源共享、频率共用和干扰规划，以此来进行干扰协调和干扰抑制。

在无线通信网络中，协作通信最成功的应用就是协作多点传输，它是长期演进技术升级版(LTE advance)的最重要的增强型传输技术，是解决小区边缘用户与平均吞吐率的有效办法。

协作通信技术的由来可以追溯到于中继信道，但它与中继信道之间又有很大的的差异。我们主要讲协作通信技术使用在衰弱信道中，以此来抵抗多径衰弱对通信系统的影响，但是中继信道考虑的却是加性高斯白噪声（AWGN）信道的以及通信系统的容量，再者说，我们在中继信道里设置的中继节点，是为了协助源节点来进行信息传输，但是由于采用协作通信技术的无线通信系统中，系统里面的的资源都是恒定不变的的，在通信网络中的每个用户都可以作为一个中继节点，以此来和源节点一起进行信息的传输，同时也可以自己发送信息，单独作为一个源节点[13]。协作通信的核心就是在多用户无线通信网络中，配置单副天线的移动用户可以和周围类似的移动用户，按照某种方式来共用彼此的通信天线实现信息传输，这种彼此之间相互协作的方式就好像是一个多天线通信系统模型。这样做的好处就是可以实现空间分集的增益，还能使得系统传输性能大大提高。上述的协作方式用到了协同通信里讲的中继技术以及分集技术，通常我们把这个系统模型形容为一个模拟的MIMO通信系统，以此突破相干距离等其他的限制因素，这样做的好处是我们根本不用增加天线的数量，就可以建立一个类似于无线通信网络里常说的多天线通信系统，还可以实现类似于多跳传输条件下的系统性能增益。其实上面讲到的模拟MIMO系统我们可以大致理解为：在无线通信网络系统中，通过利用在一个通信范围内的多个通信节点共同组建一个类似于多天线的阵列，这些通信节点之间通过彼此之间的相互协作实现信息传输，这种通信方式和我们常说的MIMO技术有着异曲同工之妙，这种传输方案也可以实现联合空时编码。另外我们可以知道的是，通信节点的接收设备不仅接收来自于源节点发送过来的信息，还会收到来自于其它中继节点联合发送的信息，在综合考虑通信网络的的信号质量之后，合并处理不同节点发送的信号，并以此来使得有效信息能够实现最佳接收、提高分集增益，使得通信网络的数据传输速率大大提高。