综上所述，大规模MIMO系统与协作通信技术能够将无线通信系统频谱资源的空间利用率成倍提升，使得无线通信网络的频谱效率和功率效率得到明显改善[2]，在绿色移动通信技术研究方向具有很高的研究价值。因此，对大规模MIMO系统的能效优化研究是有必要的。

1。2国内外研究现状

1。3 本论文的主要工作及章节安排

本文针对基于大规模MIMO系统的多小区协作的系统模型，研究了一种建立以系统能效最大化为目标函数的能效优化算法。研究资源分配算法，实现系统能效最大。完成系统能效函数与用户数、基站天线数之间关系的MATLAB仿真验证研究算法的有效性。本文的主要章节设置如下：

第一章介绍了课题研究的背景、意义以及国内外研究现状。从通信信息产业的未来发展角度出发，引出了大规模MIMO技术以及协作通信技术。

第二章介绍了MIMO的基本模型，并分析了大规模MIMO技术应用到通信系统时，对通信系统的能效、频谱利用率的优化。对大规模MIMO在通信系统能效研究的未来发展方向进行了阐述。

第三章主要讲述了本文中的第二个关键技术：协作通信技术。具体讲述了协作通信的技术原理以及发展现状。

第四章介绍了能效的标准，阐述了对通信系统能效进行优化的意义。对传统的蜂窝网络以及多小区协作的能效优化分别进行了论述。

第五章研究了基于大规模MIMO系统的多小区协作的能效优化算法，对算法进行了推导。通过对比最小化发射功率算法以及最大化能效算法在不同天线数、用户数以及信干噪比取值条件下，对通信系统的能效、频谱效率、发射功率等性能。

第二章 大规模MIMO技术

2。1大规模MIMO技术介绍

MIMO技术是通过发射端和接收端都使用多天线，利用多天线实现多发多收，在不需要增加额外的频谱资源以及发射功率的条件下，成倍的提高系统容量，以此来改善通信的质量。基于上述的大规模MIMO技术的多项优点，大规模MIMO技术也被看成是下一代移动通信的关键技术之一。

图2-1 MIMO系统模型示意图

大规模MIMO系统与传统的通信系统的区别是：在通信范围内配有数十根甚至成百上千根天线，我们要知道的是目前世界范围内普遍采用的4G通信系统中的天线数只有4（或者8）根，通常如此多的天线会以大规模阵列的方式放置在一起，为在通信范围内的所有用户提供高速率的的数据传输服务。这些用户共享一个时频资源，并且由于配置的基站大规模天线能够提供空间自由度，这些用户能与基站在同一时间段进行通信。因此大规模MIMO系统不仅提升了多个用户之间频分复用的能力、单个用户链路的频谱使用效率，还能抵抗来自于其它小区的干扰。总的来说，大规模MIMO通信系统深度挖掘空间维度无线通信资源大幅提升频谱资源的整体利用率，是建设高速率数据传输的绿色移动通信方式最具潜力的研究方向之一。

2。2 大规模MIMO技术的优点

为适应未来移动数据业务的快速增长, 无线通信网络必须至少提高其频谱效率一个数量级，才能满足下一代移动通信系统的需求。大规模MIMO 技术由于其采用了大量天线为用户提供数据传输服务, 而这样做的好处是能有效提高通信系统的频谱效率，并且学术界和工业界对这项技术展开了广泛研究。国内外研究人员围绕着系统的吞吐量[7]、发射功率、预编码[8]和接收设备的设计[9]等方面对大规模MIMO 技术展开了一系列的研究。 在文献[10]中讲到，在无线通信基站中配有大规模的天线阵列，使得通信系统数据吞吐量有明显提高。此外人们愈来愈关注无线通信网络中另一关键性能指标, 那就是通信系统的能耗（EE )性能。