题目：TDD闭环MIMO系统中能效最优的训练设计

从能源可持续利用、环境保护和蜂窝系统运营成本等多个方面考虑，能量效率（Energy Efficiency，EE）正在成为未来无线通信设计的重要目标。然而，当考虑电路功耗和信令开销时，现有的最大化频谱效率（Spectrum Efficiency，SE）设计往往不能实现很高的能量效率。闭环MIMO（Multi-input Multi-output）技术可以充分利用多天线的优势，实现很高的频谱效率，但其要求发射机（下行传输中的基站）已知信道状态信息。具有信道互易性的时分双工（Time Division Duplex，TDD）系统中，基站可以利用上行训练获取下行信道信息，避免了频分双工系统中的反馈开销。

 

现有的有关训练序列的研究，主要以频谱效率最优为准则，面向能量效率最优的训练设计依然是一个开放的问题。本文主要针对TDD闭环MIMO系统，研究了高能量效率的训练设计和引入闲置模式后的高能量效率传输策略。

 

针对TDD单用户闭环MIMO系统，首先研究了以能量效率最优为准则的上行训练设计问题。假设上下行信道理想互易，基站采用最小均方误差（Minimum Mean Square Error，MMSE）算法利用上行训练估计下行信道状态信息，并采用最大比发射预编码（Maximum Ratio Transmission，MRT）用于下行传输。针对Best Effort 业务和给定服务质量（Quality of Service，QoS）需求业务，基于统一的系统模型分别进行了问题建模和求解。证明了存在信道估计误差时系统能量效率和频谱效率的上界是上行训练长度的凸函数，分析了信噪比和电路功耗对两种准则下最优训练长度的影响。仿真结果表明，一般情况下能量效率最优设计需要更多的训练符号，并能带来一定的能量效率增益。

 

高能量效率的通信系统设计，需要在满足用户QoS需求基础上实现能量效率的最优。在TDD单用户闭环MIMO系统中，引入闲置模式，研究了能量高效的训练长度、数据传输时间和闲置时间的配置问题，分别针对非实时业务和实时业务，基于统一的系统模型进行了问题建模和求解。分析了引入闲置模式之后，用户QoS需求、信噪比和电路功耗等对最优训练长度和系统能量效率的影响。仿真结果表明，对非实时业务而言，引入闲置模式对系统能量效率没有影响，而对实时业务而言，引入闲置模式的能量效率最优设计可以实现非常明显的能量效率增益。之后，本文还将单用户系统的高能量效率设计扩展到多用户系统。