《5G关键技术与功耗分析》5800字

5G关键技术与功耗分析综述目录TOC\o"1-2"\h\u106325G关键技术与功耗分析综述 [16]根据前面1.3节开头所述，也是一种线性预编码技术。MMSE算法基于最小均方误差算法，能够实现在基站侧完成对信号的处理，而不用在用户侧的接收端处理，降低了处理信号的复杂度，提高了效率。它的系统框图和迫零检测算法相同，此处不再给出。我们在使用迫零检测算法时，它能够很好地降低不同用户间的信号干扰，但是对信道噪声的优化有限，不能很好抑制。而在最小均方误差算法中，将会同时考虑噪声和信号干扰，使得系统性能有效提高。MMSE准则中的预编码矩阵为P其中，β为标度因子，I为单位矩阵，为了满足功率分配，α被定义为负荷因子，当选择α=K/ES时，它能使得接收机中的信号-干扰加噪声比（SINR）最大化。1.4功耗分析1.4.1基站侧功耗模块目前，移动通信基站主要是分布式结构。传统的与基带单元（BaseBandUnit，BBU）和无线遥控单元（RadioRemoteUnit，RRU）集成的机柜形式已相继退出网络，取而代之的是分布式基站结构。分布式基站分为两个物理单元：基带单元和有源天线单元（ActiveAntennaUnit，AAU）。值得注意的是，由于5G大规模MIMO技术，天线数量增加，RRU上的馈线接口也随之增加，相应增加了处理复杂度。5G基站的结构示意图如下图所示：图2-65G基站的结构示意图根据现有的研究成果，总体功耗（PowerConsumption,PC）通常是基于基站（BaseStation，BS）设备的功能类型。基站的功耗主要来自两个方面：主设备和站用冷却系统。主要设备的功耗取决于通信技术的发展和设备的数量，有利于提高频谱效率。基站冷却系统的功耗用于保持基站的正常运行，而不会对频谱效率产生任何直接影响。电站冷却系统功耗占基站总功耗的比例约为30-50%。因此，本论文重点分析了5G基站的功耗组件以及各模块的功耗比例。基站的功耗主要包括以下三个部分：BBU是基站的主要设备。BBU用于处理基带信号，可以连接到多个AAU。通过比对中国运营商的测试，发现BBU的功耗值随载荷的变化不大。在随后的分析中，本文将不详细展开BBU内部各个模块的功耗，而是将其作为一个固定值。运营商测试结果如下表所示：运营商测试结果中国移动220W中兴293W华为320W表2-1从运营商得到的BBU功耗测试结果AAU也是基站的主要设备。AAU负责射频调制、功率放大和数字基带信号的路由，最终将信号从天线端传输到每个用户。AAU的功耗占基站功耗总量的50%以上，AAU的功耗约为BBU的3倍。随着业务负载和天线数量的增加，AAU的功耗也会相应增加。根据我们的研究，AAU包含4个主要功耗模块：（1）采样模块：模拟/数字转换器的电源。在以往的研究中，由于ADC/DAC的功耗与其它器件相比较小，因此它被包含在数字基带中。然而，在5G中，它可能是由于大量MIMO的使用而产生的一个耗能组件。因此本文对ADC/DAC进行了分离和建模。（2）射频前端和发射功率模块：射频收发器和发射功率消耗。（3）回传链路模块：基站侧的回传功率。回传有两种传输方案：1）回传：特殊的回传收发器可以是无线收发器或光收发器；2）无回传：无线电收发机用于移动台空中接口和回传接口或中继。（4）电源模块：主电源单元的电源，包括一个DC-DC电源。基站用冷却模块接通空调电源。众所周知，移动基站设备在进行使用中会产生大量的热，这就需要空调等制冷设备来降低机房温度，使机房设备的全天运行能够有一个保障。1.4.2Sub-6G频段下功耗建模5G的发展需要在射频架构上取得突破，以实现自适应的新空中接口。由于大量的MIMO技术和先进的波束形成技术在5G中的应用，对PA和A/D转换器提出了更高的要求。在系统中，AAU按照分而治之的原则被划分为多个模块。在Sub-6G系统中，基站多数为数字波束成形架构，具体的功耗建模如下：PPRF=PmixPSamPTPBHPMSη为功率放大器的转换效率，取0.25。1.4.3mmWave频段下功耗建模mmWave频段下的基站结构与Sub-6G没有太大区别，BBU仍然可以连接3个AAU。此外，BBU几乎不受频率的影响，因为它用于处理基带信号。在随后的分析中，BBU的功耗将参考表2-1。我们考虑一种全连接的混合波束形成结构，详细的功耗模型如下：Nt、NRF、PPAPPSPTPMSη为功率放大器的转换效率，取0.31。1.4.4能量效率建模与参数配置能量效率在大规模MIMO系统中通过信道的总速率和系统的总功耗相比来得到，对能量效率（EE）建模如下：EE其中，B