Modelagem do consumo de energia e estudo de algoritmos para maximização da eficiência energética em cenário mimo massivo com técnicas lineares de precodificação e combinação

Abstract

Os estudos sobre a evolução da atual tecnologia das comunicações móveis, o LTE (Long Term Evolution), para o 5G apresenta vários requisitos de projeto, dentre os quais pode-se destacar o aumento da capacidade com uma concomitante redução da potência consumida pelo sistema, que se reetem em um aumento da eciência energética. Neste contexto, estudos mostram que a promessa para o cumprimento destes requisitos são os sistemas baseados em tecnologia MIMO massivo que, com uso de uma quantidade massiva de antenas na estação base e atendendo a dezenas de usuários simultaneamente, exploram intensamente o uso da multiplexação espacial e conseguem atingir maiores taxas e maior eciência da energia radiada. Neste cenário, o presente trabalho tem por objetivo mostrar que os sistemas MIMO massivo são uma abordagem para atingir a eciência energética. Para tal, é exposta a modelagem de consumo energético global de um sistema de comunicações móveis, englobando os elementos de principal consumo energético no sistema e, conjuntamente com derivações sobre a capacidade do sistema, é feito um estudo sobre a conguração do número de antenas na estação base, de usuários atendidos simultaneamente e da relação sinal ruído do sinal recebido, englobando os enlaces direto e reverso, que garante a maximização da eciência energética global do sistema. Este estudo é feito considerando o uso de técnicas lineares de precodicação e combinação, mais especicamente, zero forcing e maximum ratio transmission/maximum ratio combining e para encontrar este ponto de máximo global, são desenvolvidos algoritmos de busca via simulações computacionais. Será mostrado que particularidades existentes para o zero forcing possibilitam

derivar expressões analíticas para a taxa de transmissão e para a potência dos enlaces e uma so- lução analítica para o problema de eciência energética, viabilizando o desenvolvimento de um

algoritmo de busca iterativa do ponto de máximo global. Este algoritmo se baseia no fato desta

função ser quase-côncava, o que garante a existência de um ponto de máximo, e reduz signicati- vamente a complexidade computacional envolvida na busca deste máximo global. Neste trabalho

são propostas alterações no algoritmo apresentado na literatura estudada, reduzindo ainda mais a complexidade computacional deste processo.