5G關鍵技術與功耗分析綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u106325G關鍵技術與功耗分析綜述 [16]根據前面1.3節開頭所述，也是一種線性預編碼技術。MMSE算法基于最小均方誤差算法，能夠實現在基站側完成對信號的處理，而不用在用戶側的接收端處理，降低了處理信號的復雜度，提高了效率。它的系統框圖和迫零檢測算法相同，此處不再給出。我們在使用迫零檢測算法時，它能夠很好地降低不同用戶間的信號干擾，但是對信道噪聲的優化有限，不能很好抑制。而在最小均方誤差算法中，將會同時考慮噪聲和信號干擾，使得系統性能有效提高。MMSE準則中的預編碼矩陣為P其中，β為標度因子，I為單位矩陣，為了滿足功率分配，α被定義為負荷因子，當選擇α=K/ES時，它能使得接收機中的信號-干擾加噪聲比（SINR）最大化。1.4功耗分析1.4.1基站側功耗模塊目前，移動通信基站主要是分布式結構。傳統的與基帶單元（BaseBandUnit，BBU）和無線遙控單元（RadioRemoteUnit，RRU）集成的機柜形式已相繼退出網絡，取而代之的是分布式基站結構。分布式基站分為兩個物理單元：基帶單元和有源天線單元（ActiveAntennaUnit，AAU）。值得注意的是，由于5G大規模MIMO技術，天線數量增加，RRU上的饋線接口也隨之增加，相應增加了處理復雜度。5G基站的結構示意圖如下圖所示：圖2-65G基站的結構示意圖根據現有的研究成果，總體功耗（PowerConsumption,PC）通常是基于基站（BaseStation，BS）設備的功能類型。基站的功耗主要來自兩個方面：主設備和站用冷卻系統。主要設備的功耗取決于通信技術的發展和設備的數量，有利于提高頻譜效率。基站冷卻系統的功耗用于保持基站的正常運行，而不會對頻譜效率產生任何直接影響。電站冷卻系統功耗占基站總功耗的比例約為30-50%。因此，本論文重點分析了5G基站的功耗組件以及各模塊的功耗比例。基站的功耗主要包括以下三個部分：BBU是基站的主要設備。BBU用于處理基帶信號，可以連接到多個AAU。通過比對中國運營商的測試，發現BBU的功耗值隨載荷的變化不大。在隨后的分析中，本文將不詳細展開BBU內部各個模塊的功耗，而是將其作為一個固定值。運營商測試結果如下表所示：運營商測試結果中國移動220W中興293W華為320W表2-1從運營商得到的BBU功耗測試結果AAU也是基站的主要設備。AAU負責射頻調制、功率放大和數字基帶信號的路由，最終將信號從天線端傳輸到每個用戶。AAU的功耗占基站功耗總量的50%以上，AAU的功耗約為BBU的3倍。隨著業務負載和天線數量的增加，AAU的功耗也會相應增加。根據我們的研究，AAU包含4個主要功耗模塊：（1）采樣模塊：模擬/數字轉換器的電源。在以往的研究中，由于ADC/DAC的功耗與其它器件相比較小，因此它被包含在數字基帶中。然而，在5G中，它可能是由于大量MIMO的使用而產生的一個耗能組件。因此本文對ADC/DAC進行了分離和建模。（2）射頻前端和發射功率模塊：射頻收發器和發射功率消耗。（3）回傳鏈路模塊：基站側的回傳功率。回傳有兩種傳輸方案：1）回傳：特殊的回傳收發器可以是無線收發器或光收發器；2）無回傳：無線電收發機用于移動臺空中接口和回傳接口或中繼。（4）電源模塊：主電源單元的電源，包括一個DC-DC電源。基站用冷卻模塊接通空調電源。眾所周知，移動基站設備在進行使用中會產生大量的熱，這就需要空調等制冷設備來降低機房溫度，使機房設備的全天運行能夠有一個保障。1.4.2Sub-6G頻段下功耗建模5G的發展需要在射頻架構上取得突破，以實現自適應的新空中接口。由于大量的MIMO技術和先進的波束形成技術在5G中的應用，對PA和A/D轉換器提出了更高的要求。在系統中，AAU按照分而治之的原則被劃分為多個模塊。在Sub-6G系統中，基站多數為數字波束成形架構，具體的功耗建模如下：PPRF=PmixPSamPTPBHPMSη為功率放大器的轉換效率，取0.25。1.4.3mmWave頻段下功耗建模mmWave頻段下的基站結構與Sub-6G沒有太大區別，BBU仍然可以連接3個AAU。此外，BBU幾乎不受頻率的影響，因為它用于處理基帶信號。在隨后的分析中，BBU的功耗將參考表2-1。我們考慮一種全連接的混合波束形成結構，詳細的功耗模型如下：Nt、NRF、PPAPPSPTPMSη為功率放大器的轉換效率，取0.31。1.4.4能量效率建模與參數配置能量效率在大規模MIMO系統中通過信道的總速率和系統的總功耗相比來得到，對能量效率（EE）建模如下：EE其中，B