DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 5. 等瓣类似性关系的某些应用 5.1. 等瓣类似性关系在合成化学中的应用 就像药物化学中的电子等排原理一样，在药物分子设计中起到重要作用，可以指导设计合成许多新颖结构的活性化合物。同样，具有等瓣类似性的有机或无机碎片在一定情况下可以互相代替(不妨可以称为广义等排原理，这样从经典电子等排到生物电子等排再到广义等排，概念一步步拓展，给分子设计带来更为广阔的前景)，设计出许多结构独特的新型化合物，非常令人神往！利用无机、有机分子碎片的类似性可相互替代设计新化合物，然后由实验合成验证。从而对合成化学发生指导作用，这一方面越来越受到人们的重视和青睐。 由已知的金属有机化合物可指导有机化合物的合成。例如，由于 可以推知： Table 2 The isolbal analogy with different bits of metal organic fragment 有机碎片 过渡金属配位数 9 8 7 6 5 CH 3 d 1 -ML 8 d 3 -ML 7 d 5 -ML 6 d 7 -ML 5 d 9 -ML 4 CH 2 d 2 -ML 7 d 4 -ML 6 d 6 -ML 5 d 8 -ML 4 d 10 -ML 3 CH d 3 -ML 6 d 5 -ML 5 d 7 -ML 4 d 9 -ML 3 - 表2. 不同配位数的金属有机碎片等瓣类似性关系 Table 3 The isolbal analogy examples with common metal organic fragment CH 3 CH 2 CH Mn(CO) 5 Fe(CO) 4 Co(CO) 3 Fe(CO) 2 (η 5 -C 5 H 5 ) Rh(CO)(η-C 5 H 5 ) Ni(η 5 -C 5 H 5 ) Mo(CO) 3 (η 5 -C 5 H 5 ) Re(CO) 2 (η 5 -C 5 H 5 ) W(CO) 2 (η 5 -C 5 H 5 ) - Cr(CO)(NO)(η 5 -C 5 H 5 ) [Mn(CO) 2 (η-C 5 H 5 ] + Co(CO) 4 Cr(CO) 5 Re(CO) 4 PtH(pph 3 ) 2 Pt(PMe 3 ) 2 - Zn(η 5 -C 5 H 5 ) Cu(η 5 -C 5 Me 5 ) Rh(η 6 -C 6 H 6 ) Au(pph 3 ) IrU(CO) 2 Re(CO) 3 Br 2 Rh(pph 3 ) 2 (η 5 -C 2 B 9 H 11 ) Fe(CO) 2 (η 5 -C 2 B 9 H 11 ) Mn(CO) 2 (η 5 -C 2 B 9 H 11 ) CH + Cr(CO) 5 Mn(CO) 4 Fe(CO) 3 Mn(CO) 2 (η 5 -C 5 H 5 ) Fe(CO)(η 5 -C 5 H 5 ) Rh(η 5 -C 5 H 5 ) BH 3 BH 2 BH 表3. 常见金属有机碎片等瓣类似性关系的例子 从而指导后者的合成等。 据已知的有机化合物利用金属有机分子碎片取代等瓣类似的有机碎片合成金属有机化合物，这方面研究得较多。 1980年Vahren Kamp等 [ 5 ] 实验合成庚烷的金属有机类似物 锇的簇合物合成的进展也是很好的例子。1977年Chur Chill等 [ 6 ] 测定了Os 3 (CO) 12 的晶体结构，三个Os原子构成一个对称的三角形，由于 可知Os 3 (CO) 12 是环丙烷的类似物，其后几年合成了Os 5 (CO) 19 (E)和Os 6 (CO) 17 [P(OMe) 3 ] 4 。 有机化合物中一个典型结构——立方烷(C 8 H 8 )的金属有机类似物的合成是其应用的另一个好实例：Dahl等先后合成了(η 5 -C 5 H 5 ) 4 Co 4 S 4 ，Fe 4 S 4 (CO) 12 。这里M 4 骨架为正四面体，所以前两个化合物均为立方烷的类似物。 。 总之，等瓣类似性关系在合成化学特别是金属有机化合物的合成中有一定价值，但需注意的是该关系所预言的化合物不一定能稳定存在。尽管如此，在合成化学目标化合物的设计中，等瓣类似性关系仍是一种很有效的手段。 5.2. 等瓣类似性与结构的关系 等瓣类似性的一个应用是有关结构方面的。由于这一类似性，使我们对看起来结构复杂的分子可以看清楚它的简单本质。 Kaesz及其合作者发现的簇化合物HRe 3 (CO) 12 Sn(CH 3 ) 2 的结构 [ 7 ] ，氢的位置未确定，把氢作质子去掉，则得 ，由于 就会发现其结构与从前已知的(B)和(C)非常相似。 有趣的是用这一方法可以推出还未发现的这一系列的有机部分，如， 及 。 如前所述Fe(CO) 8 是不稳定的，与锡原子结合得(D) [ 8 ] ，有趣的是这一结构与螺戌烷的结构类似 Os 5 (CO) 19 (E)的结构看来相当复杂，但实际上是典型的双三角锥Os(CO) 5 的衍生物。 ，以乙烯代替Os 2 (CO) 8 可得(F)。像这样的例子还有很多，用等瓣性类似的概念可以阐明许多复杂结构的无机络合物或有机金属化合物的结构细节，大大促进了金属有机化学领域的发展。 等瓣类似性是一种概念模型，化学工作者的义务是将它进一步发展。对于任何模型来说，都有它独创的地方，也存在着一些真实性。另一方面，由于它仅仅是模型，所以不是在任何情况都能实际应用的，有一定的局限性。这一模型的引人入胜之处在于它把两个不同的领域联系了起来。我们把自己人为地分为有机化学家、无机化学家、物理化学家、生物化学家、分析化学家等等，按其所合成出的各种分子的多样性以及研究它们的方法不同，导致产生了专门的词汇，造成各种专门化。但是，在可望看到的复杂性下面，一定蕴藏着统一性 [ 9 ] 。
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user: 摘 要 纳米技术的关键是按人们的意志直接操控单个原子、分子或原子团、分子团，实现纳米材料的可控合成，制备具有特定功能的材料。纳米材料原位生长研究可获得体系中纳米粒子生长过程的动态瞬时信息，继而掌握纳米材料生长特征模式和生长参数，该研究对实现纳米材料可控生长具有重要意义，本文就纳米材料原位生长研究的技术方法进行概述，并对其发展前景进行展望。 关键词 :纳米材料，材料合成，原位技术，微热量法，热力学 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 纳米材料自上世纪80年代问世以来 [ 1 ] ，由于其高浓度界面及特殊的原子能级结构，具有不同于常规材料的表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等 [ 2 ] [ 3 ] 和许多优异的光学、电学、力学、磁学及催化性质 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] ，而受到科研工作者的广泛关注。 纳米材料的生长过程往往分为三个阶段 [ 9 ] ：1) 单体产生并且积累形成过饱和溶液，但尚无颗粒产生；2) 单体浓度积累到超过饱和溶液的临界水平，单体开始迅速凝聚成核；3) 纳米颗粒继续生长，不再有成核现象出现。然而，纳米材料的生长不同于传统材料生长的规律和特点(图1)，它常常在微小的纳米空间非平衡态下发生，在常规的温度、压强、液相浓度等生长条件和环境中，存在取向生长、极性生长和择优生长多种可能，体系中任何因素导致的微小扰动都有可能导致完全不同的结果。因此，要实现纳米材料的可控生长非常困难 [ 10 ] 。获取纳米材料非平衡生长过程的动态瞬时信息，解决纳米材料原位生长过程的物理和化学变化的科学问题是实现控制生长的关键。材料性能可控制的前提是要弄清生长过程中纳米材料的光、电、热、磁、材料结构、形貌、尺寸和热力学、动力学规律及分子水平的生长机理等物理化学性质如何变化。制备具有特征性能的功能纳米材料是纳米技术发展的不竭动力，将对人类生活产生深远的影响，具有重要的理论价值和巨大的商业应用潜能。 研究纳米材料原位生长过程是纳米材料可控生长迫切需要解决的重要课题。如何完全高精度、高灵敏度地控制纳米材料的生长条件，实时在线的获取纳米材料生长过程的动态精准信息一直是纳米材料制备科学的研究瓶颈。本文简要概述了目前研究纳米材料原位生长的技术手段，并对其未来的发展进行了展望。
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user: 3. 原位X射线技术 X射线具有波长短，能量高等光学特性，对于大量的有机物、无机物甚至是金属有机络合物具有较好的穿透性。原位X射线检测技术与传统的X射线检测技术相比可以准确直接地反应材料内部结构的形成和演化过程，对于认识材料的合成具有重要意义，也为设计合理的合成路线提供可靠的科学依据 [ 34 ] [ 35 ] 。 2003年Renaud [ 36 ] 团队在Science上发表了他们使用掠入射角X射线散射对两种典型催化体系Pd/MgO(100)和自组织Co/Au(111)体系的粒子与底物相互作用进行分析，研究了Pd在金属氧化物MgO(001)上的生长，以及对Co纳米点在Au(111)表面自组织生长。结果表明掠入射角X射线技术很适合确定自组装生长的最佳条件。 2005年Kammler [ 37 ] 等人将超小角X射线散射技术可应用于原位火焰气溶胶反应中，同时监测火焰中氧化初级粒子和纳米颗粒聚合生长的动力学信息。2007年Abécassis [ 38 ] 等人使用原位小角度/广角度X射线散射和紫外可见光谱法对金纳米粒子的成核和增长过程进行研究，并对金纳米粒子的数量密度和粒度分布定量测定，分析结果表明可通过配位体的密度和尺寸控制成核速率，最终可实现金纳米颗粒的尺寸调控。 2008年Ingham [ 39 ] 等人通过原位同步加速X射线吸收技术直接观察水溶液中电化学沉积纳米ZnO的成核和生长过程，通过同步X射线吸收光谱法架起了纳米薄膜沉积与电化学行为之间直接联系的桥梁。剑桥大学Mattevi [ 40 ] 等人通过原位X射线电子能谱研究催化剂对碳纳米管丛生长的促进作用，并用光学影像记录下了碳纳米管丛的生长动力学，该研究有助于生长历程的理解。 2010年德雷塞尔大学McPeak [ 41 ] 等人首次通过原位X射线吸收近边结构光谱研究化学浴沉积(Chemical bath Deposition， CBD)法制备ZnO纳米线，详细地探究了由硝酸锌和环六甲基四胺为前驱体，生长氧化锌纳米线的动力学和反应机制；利用氧化锌纳米线沉积为例，建立了原位X射线吸收近边结构光谱技术研究化学浴沉积法制备纳米材料的定量工具。美国加利福尼亚大学的Chang [ 42 ] 团队通过原位X射线衍射和吸收法监测氢氧化钇(Y(OH) 3 )纳米管的生长过程，并研究了Y(OH) 3 转化为氧化钇(Y 2 O 3 )纳米管的相转变过程。Polte [ 43 ] 等人首次不需要同步辐射加速器设施，使用小角X射线散射设置时间分辨研究纳米颗粒形成的机理，结合其他表征共同分析，得出金纳米颗粒形成分为两步：首先是前驱体金离子在200ms内快速转变形成初级粒子，紧接着初级粒子聚集生长形成颗粒。该研究发展了一种毫秒时间分辨原位小角X射线散射在线分析纳米颗粒合成微混合器技术。 2011年台湾国立清华大学Huang [ 44 ] 教授团队以立方体和八面体的Cu 2 O纳米晶和Au-Cu 2 O核–壳异质结作为牺牲剂模板，生长Cu 2 S纳米笼和Au-Cu 2 S核–笼结构，并首次用透射X射线显微镜观察整个硫化过程。Cravillon [ 45 ] 等人使用时间分辨原位小角、广角X射线散射技术监测ZIF-8纳米晶的快速成核和生长过程，该方法首次获得直接观察均匀成核现象和早期生长过程。2013年Chen [ 46 ] 等人将原位XRD作为一种有效的工具来研究CuO和核–壳Cu/Cu 2 O纳米线合成过程，探究制备高质量的可见光催化剂CuO和核–壳Cu/Cu 2 O纳米线最佳合成条件。 2015年鲍桥梁 [ 47 ] 教授团队通过溶剂热法合成出一系列二元、三元的铋硫族化物[Bi 2 Se x Te 3-x (x=0-3)]纳米片。结合原位粉末X射线衍射(PXRD)和电子显微镜检测，推导出该纳米片的生长机理分为三个阶段：1) 前驱体的诱导期及产物成核阶段，2) 基于取向附着生长机理的快速生长阶段，3) 消耗溶液中剩余前驱体的扩散控制缓慢外延生长阶段。迪肯大学的Yi [ 48 ] 等人应用同步时间分辨X射线小角散射仪(SAXS)研究介孔二氧化硅纳米颗粒的原位生长动力学及生长机理。另外，Kabelitz [ 49 ] 团队首次结合时间分辨原位快速X射线吸收近边光谱和小角X射线散射技术，在化学水平研究γ-Fe 2 O 3 纳米粒子在水溶液中的形成机理。然而，原位X射线技术同样具有一定的局限性，它虽然可以准确直接地反应材料内部结构的形成和演化过程，用于研究纳米粒子的生长动力学，但仅对球形粒子适用且不能同步跟踪。
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user: 4. 原位光谱技术 原位光谱检测与其他技术方法相比，具有原位监测、操作简单、精密度好、无需取样系统、能实现分子水平上的表征等优点 [ 50 ] ，可在多相催化化学反应中实时准确地检测瞬态反应中间体和机理的途径 [ 51 ] ，也可用于纳米材料的成核、生长及过程的机理原位研究。 2004年彭笑刚 [ 52 ] 教授团队通过在毫秒分辨率下原位记录反应过程中的吸收光谱，首次系统研究了CdSe纳米晶的生长过程，结合其他表征手段对CdSe纳米晶的生长机理进行了探究，并将实验结构与传统的结晶理论进行了对比，验证原位吸收光谱技术的可靠性。2007年Becker [ 53 ] 等人使用了一种新颖的快速单粒子光谱法研究金纳米棒生长的大小和形状相关的光学性质，在单粒子水平上原位观察金纳米颗粒生长，并得到了纳米粒子生长的定量数据。 2008年美国加利福利亚大学Chikan [ 54 ] 团队使用原位荧光光谱法研究了CdSe纳米颗粒的异质生长机理，探究了铟原子和氯离子对CdSe米颗粒稳定性的影响，该研究有助于更好的理解掺杂原子对半导体纳米粒子生长动力学的影响。2009年Finnie [ 55 ] 等人使用原位拉曼光谱实时在线研究了化学气相沉积法制备单壁碳纳米管成核、稳定生长和钝化过程的动力学，对实现化学气相沉积法可控合成碳纳米管有重要意义。 2014年连理工大学张庆瑜 [ 56 ] 团队提出了金属银纳米颗粒光催化合成的两种完全不同的生长机理，即金属银纳米颗粒的各向同性和各向异性生长；并通过原位消光光谱分析得出决定金属银纳米颗粒生长模式的关键是金属银初级晶核的局域密度。2015年瑞典隆德大学Heurlin [ 57 ] 团队提出通过光学反射光谱分析法原位表征纳米线的生长过程，并以磷化铟(InP)纳米线为例，获得了其原位生长的动力学信息，为纳米材料的原位生长的在线监测和原位生长动力学研究提供了新的思路。 原位光谱监测技术可以获得纳米材料生长过程中的原位光谱信息，对于探讨生长机理研究具有重要的科学意义。然而，该技术方法存在的不足也十分明显，如：获取的信息量有限，无法获取生长过程的热力学、动力学及形貌演变的原位信息；对于某些光谱刺激不敏感的材料并不适用等。
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user: 5. 原位微热量技术 现代微热量(Microcalorimetric heat flow， MCHF)技术具有高精度、高灵敏度、自动化地在线监测体系变化过程的优势，能够快速准确地获取体系变化过程的热力学和动力学信息，可应用于监测纳米材料原位生长过程中的化学反应及成核、生长、纳米结构形成、形貌衍变等过程的瞬时动态热力学和动力学 [ 58 ] 。 现代微热量法被作为一种有效的技术方法用于研究纳米材料生长过程的热力学，获得生长过程的热动力学信息，美国科学院院士加利福尼亚大学戴维斯分校Navrotsky [ 59 ] 课题组用Calvet型微热量计(Setaram C-80)原位量热法研究了ZnO纳米材料生长过程的热力学。扬州大学南照东课题组通过溶剂热法制备出物相结构及形貌不同的铜的硫化物，通过原位微热量技术结合不同反应时间样品的SEM和XRD分析，探讨了铜的硫化物纳米颗粒形成的机理 [ 60 ] ；通过微热量法测定了介孔二氧化硅材料形成过程中的热能，并对形成机理进行了探究 [ 61 ] ；2015年与高胜利教授 [ 62 ] 课题组合作，利用Setaram C-80微热量计研究了溶剂热法制备ZnFe 2 O 4 纳米颗粒的原位生长过程，通过微热量计记录的原位热谱曲线，详细分析探讨了ZnFe 2 O 4 纳米颗粒形成过程的各个阶段，并提出了生长机理。 2010年吴健 [ 63 ] 等人通过原位微热量计监测花状纳米氧化锌水热合成体系生长过程的热力学和动力学信息，并对其机理进行了探究，提出 在水热处理过程中经历了预结晶、结晶、重结晶阶段，对应于氧化锌纳米花的形成及氧化锌纳米花向微米棒转变的过程。 在纳米材料原位生长研究中，黄在银课题组率先运用原位微热量技术，对氧化锌、硫化镉、氧化亚铜、磷酸银以及一系列钼酸盐(钼酸镉 [ 64 ] 、钼酸锰 [ 65 ] 、钼酸锶 [ 66 ] 、钼酸钙 [ 67 ] 等)纳米材料原位生长过程进行了实时在线监测，考察了实心球、空心球、棒、线、管、八面体、立方体、饼状、片状、链状及不同尺寸的纳米材料原位生长的热动力学。采用RD496-2000型原位微热量计记录了从反应物溶液混合前到纳米材料生长结束后的原位热谱曲线，同时获取过程的热力学信息和动力学信息；根据热力学原理和过渡态理论，用速率常数、速率、加速度和活化Gibbs自由能、结合常数、结合比、熵变、焓变、Gibbs自由能变和平衡常数等参数表征了纳米材料反应成核、晶体生长演变的动态过程，结合热谱曲线的特征规律与过程机理相关联讨论了所得纳米材料生长过程中的形貌演变和热动力学分析，诠释了反应成核、晶体生长演变的特征和规律 [ 68 ] 。 通过改变微乳液合成过程中的某一参数如油水比等，得到不同尺寸形貌的纳米钼酸钡 [ 69 ] ；在单微乳液体系中，通过对实验参数进行设计组合，合成出链状线、棒状、不规则的纳米颗粒的钼酸锰纳米材料 [ 70 ] ，通过分析微热量计原位测定的纳米材料生长过程的热谱曲线，得到生长过程参数对材料结构、形貌、尺寸的影响规律。此外，还通过原位微热量技术获得了室温条件下一步合成的ZnO纳米阵列和纳米分级结构体系的热谱曲线，探讨了生长参数对形貌、结构最终形成的影响规律 [ 71 ] 。 运用RD496-III型微热量计记录硫化镉纳米晶的形成过程，获得生长过程的热谱曲线，分析讨论了反应成核、结晶和生长的各个阶段，通过对各阶段产物取样表征可以进一步证明原位微热量技术的准确性及可靠性 [ 72 ] 。通过等温滴定微热量技术原位监测半导体CdS纳米晶的生长过程，考察了不同反应条件(温度、反应溶剂)下产物形貌的差异，以及各条件下产物的热力学性质，将纳米材料的制备同原位生长体系的反应热力学性质联系在一起 [ 73 ] 。 原位微热量技术用于研究纳米材料生长过程具有独特的优点，操作过程简单、方便，不需要另外设计反应池等，能同时获取纳米材料生长过程的热力学、动力学信息以及反应过程中的原位热谱曲线，但是存在无法直接观察纳米粒子生长过程中形貌演变，获取原位光谱信息等缺点。
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user: 6. 多项联用技术 以上归纳的纳米材料原位生长研究方法均存在一定的局限性，大多数方法获取原位生长的信息单一，反应条件苛刻，不能用于常规条件下纳米材料生长过程研究。如何在已有原位表征技术优势的基础上突破测试条件苛刻、获取信息单薄等问题的局限，引起了科研工作者的重视。 中科院化学研究所的张寿武 [ 74 ] 等人研制出等温滴定微热量–光谱联用仪，将光谱和微热量监测技术相结合，实现二者同步分时测量，并使用信号处理方法提高热测量精度，能够更直观准确地对滴定过程进行监测，该技术现已成功的应用于研究生物热力学与生物动力学方面，我们不难推测该技术应该同样适用于研究纳米材料原位生长过程的研究。黄在银 [ 75 ] 课题组提出的光量热–光谱联用技术，能获取光催化过程微观机制和弥补热流描述速率存在的弛豫效应，以光量热法研究光催化的热力学问题和原位光谱法获取微观动力学构建联用系统，能够同步获取催化过程的热力学、动力学和物质结构转变的原位光谱信息，实现了非特异性热信息和特异性光信息耦合关联，从多角度同步研究反应过程的机制。弥补了光驱动纳米材料合成过程热力学信息的缺失和原位动力学研究的不足。该技术已率先应用于光合生物原位生长过程研究，探究了不同光功率、温度下沼泽红假单胞菌的原位生长过程，从热/动力学角度探究了最佳培养条件，不难推测其同样适用于纳米材料光驱动下原位自组装过程的热力学、动力学及结构转变研究。 结合多项原位表征技术方法的优势研制联用技术，实现多角度监测纳米材料原位生长过程，全方位获取过程的热力学、动力学、形貌结构转变等信息，使纳米材料原位生长研究简单化是科技发展的必然趋势。
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user: 7. 展望 纳米材料生长过程表征和机理的研究对纳米材料的控制合成具有指导作用，对纳米物理化学基础研究具有重要的科学意义，能丰富纳米材料非平衡生长过程的科学内涵，为“纳米物理化学”理论的发展奠定基础。 作为形貌、结构和尺寸多样性的纳米体系，其原位生长过程还需要进一步研究： ① 通过实验系统深入地研究目标纳米体系过程的热力学和动力学参数与形貌、结构和尺寸的定量对应关系，如：由微热量技术得到不同形貌结构纳米材料原位生长的热谱曲线，形成相应的特征“指纹热谱”，建立纳米材料原位生长过程参数的“指纹热谱”数据库。最终实现根据原位研究生长过程的热动力学信息，预测纳米材料规定热力学和表面热力学性质。 ② 从理论上建立理想形貌、尺寸纳米材料生长反应热力学和动力学模型方程。 ③ 结合纳米材料发展的前沿，对类石墨烯结构二维材料原位生长的热力学和动力学展开研究。 ④ 建立电–热化学、光–热化学和光–电–热化学，分别从单驱动或二重驱动、三重驱动的参数关联纳米材料生长的热力学、动力学、机理及其与形貌、结构和尺寸的关系 [ 68 ] 。
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user: 摘 要 近年来我国电子垃圾产量日趋剧增，再加上国外倾销导致了该问题极为突出。不同学者和专家分别提出多种回收处理方式如：延伸生产者责任制、逆向物流和移动电子垃圾回收站等。但这些方法均是在未充分考虑群众意识和市场需求的基础上提出的理想模式，能否充分发挥其作用，取决于民众对电子垃圾意识的增加。而目前针对我国民众电子垃圾回收意识的研究和调查较少，本论文围绕社会实践调查，综合2000多份调查问卷，进行多方面的采访和研究，总结出现如今地区环保部门对电子垃圾危害重视度不高，宣传力度不够，民众意识不足，缺乏行之有效的回收途径等问题。提出电子垃圾回收城市集中区域辐射；分级处理、地方拆分、集中提炼；建立电子租用系统；建立电子垃圾保有量估算模型等建议。并希望通过科普宣传提高市民的意识，结合互联网的发展为电子垃圾的处理提供前期认识，避免盲目投资。 关键词 :电子垃圾，回收，意识，影响因素，调查问卷 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着市场经济飞速发展，电子信息产业也在迅猛发展，电子产品更新换代日新月异，电子产品及家用电器的使用率不断增长，世界各国每年生产几百万乃至上千万吨电子垃圾，并且这个数字在逐年攀升，据解决电子垃圾问题倡议机构(StEP Initiative)的统计 [ 1 ] ，在2012年，全世界产生的电子垃圾共有4890万吨，约相当于全世界每人7千克，因此全球每个小时约有4000吨电子垃圾产生，每5年这些电子垃圾便增加16%~28%，是其它固体废弃增加速度的3倍以上 [ 2 ] 。近年来我国电子产品的废弃量迅速增加，逐步成为了电子垃圾的最大生产国和保有国，2012年我国电子垃圾总量已达到725万多吨，仅次于美国，居全球第二位 [ 3 ] 。常用电器多数是20世纪80年代中后期进入中国家庭的，按照10到15年的使用寿命计算，从2003年起，中国每年将至少有500万台电视台、400万台冰箱、600万台洗衣机要报废 [ 4 ] 。此外，新型的各种电子设备和电子产品的不断涌现，这些电子产品均具有更新速度快，使用寿命短等特点，增加了电子垃圾的数量和品种。 由于电子垃圾问题的日趋严重，世界各国纷纷立法来规范电子垃圾的回收和利用，我国也出台了相关的法律法规 [ 5 ] 。但由于我国群众对电子垃圾的危害性意识缺乏，呈现出随意丢弃和粗放式的处理方式，导致了严重的环境污染问题。尽管当前国内有个别产生企业围绕电子垃圾的处理开展了规范化的处理工艺，但电子垃圾的回收途径仍然延续传统的垃圾回收方式，出现了回收效率低、回收费用高以及电子垃圾未能分类等特点，严重地影响了企业的运营成本和运作效率。同时不同学者和专家针对这一问题提出多种回收处理电子垃圾的方法和模式，比如延伸生产者责任制 [ 6 ] 、逆向物流 [ 7 ] 、和移动回收站 [ 8 ] 等模式，但这些模式均是未结合实际民众意识和市场需求而提出的理想化模式。 民众对电子垃圾危害的认识是决定各种法律法规制定和执行的基础前提，也是发展电子垃圾回收处置产业的前期准备，更是对民众对环境保护意识的扩充和丰富。然而当前我国民众对电子垃圾的概念、危害及其回收处理意识依然缺乏。《中国公众环保民生指数(2006)》报告中指出：一方面，86%的公众认为环境污染对现代人的健康造成了很大影响；另一方面，公众的环保意识总体得分为57.05分，环保行为得分为55.17分，没过及格线 [ 9 ] 。因此本研究为了明确普通民众对电子垃圾的认识程度、对当前电子垃圾回收的满意度、影响民众参与电子垃圾回收的因素以及如何明确电子垃圾回收的责任分担等问题开展调查研究，并根据研究结果提出建议和方案。
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user: 2. 研究方法 2.1. 问卷调查的设计 本研究采用了调查问卷方式展开，问卷主要包括：被试人的基本信息(年龄、性别、职业等)；电子垃圾危害意识程度；电子垃圾回收的必要性；当前电子垃圾回收状况满意度；影响电子垃圾回收的影响因素和电子垃圾回收责任承担六个部分。 2.2. 研究过程 本研究通过两种方式开展调查：直接调查(分别在高校校园和宣城市市区中随机进行)和网络问卷调查(通过网络平台)。为确保调查内容的真实性，每次直接调查前均对被调查者进行说明，告知其采取匿名进行，不会给被调查者带来任何负面影响，而所得到的结果仅用于学术研究。同时在网络版调查问卷的设计中亦对本次调查做了详细说明，确保调查结果的真实性。为确保研究被试人回答问题的真实性，在累计发放调查问卷2197份，有效问卷2083份，有效率94.8%。接受调查的人群主要为35岁以下的年轻一代。20至35岁段分布最多(47.1%)；小于20岁的被调查人群次之(42.4%)；高于35岁的被调查人群合计10.3%。 民众对电子垃圾认识的主要影响因素有所处城市发展水平、受教育程度、年龄等。直接调查在一定程度上受到地域限制，所以为尽量保证网络问卷调查的广泛性，我们将问卷通过网络扩散至全国，覆盖十余座城市。这些城市发展水平参差不齐：有深圳、杭州、合肥、重庆、柳州、池州、淮南、宣城等。另外，受调查对象有学生、教师、公务员、商人、企业职工等社会各界人员；并且问卷中设置了被调查者年龄选项，可以通过该选项进行各年龄段分层分析。因此问卷调查结果能从一定程度上反应我国民众对电子垃圾回收的意识。 同时还对宣城市环保局、宣城市固废处理中心和多地电子垃圾处理公司进行电话采访或网络采访。对本地电子垃圾的回收处理现状以及国内部分电子垃圾处理企业的运营状况做了一些调查。调查中针对现存政策、企业处理货品来源、收购价格、网络回收电子垃圾的情况和工人健康权益等提出了相关问题，更全面地完善此次研究。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 当代社会居民对电子垃圾的认知和产生原因 调查结果显示，80%以上的被调查者均认为废电池、废电视、废电脑、废旧手机及零件属于电子垃圾范畴(图1)，而少数人误将有机污染物和废铜烂铁认为电子垃圾，同时绝大部分被调查不认为电子玩具及其部件属于电子垃圾，由此可见当前很多居民对电子垃圾的认知不够全面，有待提高。 近年来由于高新技术产业的不断革新，新型电子产品充斥着市场，电子产品的更新换代日趋加快， 进一步导致了电子垃圾产量的增加。但本研究调查结果显示：70%以上的人则由于设备损坏和设备过于老旧、速度减慢等问题更换新的电子产品，从而出现大量电子垃圾。有近50%的人则是出于对新功能的需求而购置新的电子产品从而丢弃旧产品导致电子垃圾的出现。同时还有近1/3的被调查对象认为更换新产品比维修损坏设备划算，也是产生电子垃圾的一个重要方面(图2)。被调查人群对电子产品的需求更注重的是其使用情况，电子产品生产商应从根本解决电子垃圾产生的问题，减少劣质电子产品的生产，提高用户对电子产品的使用满意度，从而减少电子垃圾的产生。 3.2. 当前电子垃圾回收状况满意度 95%以上的被调查者赞成电子垃圾的回收处理(图3)。形象的反映出被调查者对电子垃圾回收处理的 图1. 电子垃圾的认知程度 图2. 电子垃圾产生原因 图3. 当前人们对电子垃圾回收的需求 迫切需求与渴望，普遍意识到电子废弃物是一个不容忽视的环境问题，既涉及到污染，又涉及到资源浪费，需要采取有效的行动。而不同的责任主体意识下，会导致不同的参与行为。 被调查人群建议改善电子垃圾处理现状。对处理现状很满意的被调查人群仅占1.7%；基本满意占12.7%；然而不满意人群高达56.8%，可见，大部分被调查者处于心有余而力不足的处境；不关心占28.7%，见图4。 “资源回收再利用，在市场经济能处理的前提下避免政府过多的介入，政府的介入很可能造成寻租和‘上有政策、下有对策’的现象。”这是被调查者对当前电子垃圾处理现状的看法。在整个回收处理链条中，政府的职责贯穿始终。它对回收处理流程中的所有参与者都起着规范约束的作用。具体职责措施有：完善相关法律法规，使重要环节有法可依，违法必究。 3.3. 电子垃圾回收及其影响因素 调查的人群中近60%对于电子垃圾如何回收不了解，近40%的人群对其有所了解，仅有2.9%对其相当了解，而只有0.8%对其不关心(图5)。因此需要增强普通群众对电子垃圾回收意识，提高对电子垃圾集中回收的积极性，是建立完善的电子垃圾系统化回收处理实现的首要任务。同时被调查人群对电子垃圾的实际回收方式主要与普通垃圾一起丢弃(36.8%)，卖给私人回收的小商贩占27.7%，堆放在家中占25.8%，送到电子垃圾回收站点，正确处理电子垃圾的人群占10.1% (图5)。由此可见我国普通人群对电子垃圾正确回收途径缺乏认识，同时亦反映了我国亟待推广建设专业的电子垃圾回收系统，并加大宣传，确保电子垃圾的科学有效回收利用。 电子垃圾回收时，关注电子垃圾是否被有效回收利用、电子垃圾的处理是否对环境造成污染、能否上门回收、回收价格的高低是被调查人群的主要考虑因素，其中电子垃圾的处理是否对环境造成污染关注度最高，占54.0%，其次影响人们有效选择回收电子垃圾的因素是提供上门服务(53.5%)，同时近1/2的人们在电子垃圾回收时主要考虑回收价格是否合理，人们对回收后的电子垃圾是否科学处理避免环境污染亦是重要考虑因素之一，而针对电子垃圾回收是否合法这一方面，只有1/3左右的人关注(表1)。 近年来，各种环境问题频频出现，各种环境教育活动也时有出现，从而有效地提高了当代人的环保意识。而对回收价格的关心人群只占调查人群的50%，意味着，非正规回收渠道的价格优势是可以被打破的。而对“是否能上门回收”的普遍关注，体现了居民在参与电子废物的回收过程中，对回收设施、人员与服务便利性的需求。当代人对电子垃圾回收处理的责任心，这也就需要回收的多元化和多渠道， 图4. 身边电子垃圾回收满意度 图5. 电子垃圾回收(左)和对电子垃圾处理方法(右)的了解程度 Table 1 Influencing factors on the E-waste recyclin 调查选项 选项 比例(%) 在处理电子垃圾时， 哪些因素会影响您的考虑？ 回收的价格高低 49.2% 能否上门回收 53.5% 回收者是否有合法的资格 30.0% 电子垃圾回收处理是否对环境造成污染 54.0% 电子垃圾被回收后是否被有效利用 41.8% 表1. 影响人们电子垃圾回收的因素 以增加回收过程中的便利性，让更多人参与其中。 3.4. 电子垃圾回收处理责任承担 被调查人群主要认为回收和处理电子垃圾的责任主要由生产企业(34.2%)、消费者(31.2%)、政府(28.2%)承担；然而电子产品销售企业只需尽其应尽的销售责任，电子垃圾的回收处理与其无太大关系，只占6.9%；认为需其他单位承担责任占2.1% (图6)。 图6. 电子垃圾回收处理责任分担看法 政府及其相关部门、电子产品生产企业、使用电子产品的消费者应承担起电子垃圾回收处理的相关责任。政府及其相关部门尽快完善相关的法律规章制度，引导电子垃圾回收处理企业的发展；电子产品生产企业应当生产寿命更长、更环保的产品，应当按照相关标准，对投放市场的产品中含有的有害物质进行标注，标明名称、含量、所在部件及其产品可否回收利用，以及不当利用或者处置可能会对环境和人体健康造成影响的信息，努力开发新的电子垃圾回收处理技术，降低处理成本，提高电子垃圾回收利用率。个人电子产品的消费者应努力提高自身的环保意识，理性消费，减少因对电子产品性能不满，更换电子产品而产生电子垃圾的情况。
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user: 4. 问题与建议 4.1. 电子垃圾回收的问题 1) 地区环保部门对电子垃圾危害重视度不高，导致了该地区群众对电子垃圾回收处理的认知情况普遍落后。本调查研究发现，地方环保部门并没有设置完善的电子垃圾处理机构。这对于电子垃圾这种特殊的固体废物难以实现有效处理，对回收处理系统的建设和群众意识培养不能起到引导作用，要求对其专项专治、重点处理更是难上加难。 2) 电子垃圾回收系统不完善严重影响群众对电子垃圾回收利用的积极性。群众在处理废弃电子产品时，往往没有完善的接纳系统保障电子垃圾不被放错地方。在城市中，几乎没有定点的电子垃圾回收站点，同时流动站点十分不稳定，便导致由于回收不便利、居民的电子垃圾处理程序繁琐，使得部分群众将手边的电子垃圾作为普通的生活垃圾丢弃，造成环境污染的同时也是对群众自身回收废弃电子产品理念和意识的一次摧毁。 3) 当前没有形成一个良好的电子垃圾治理的社会环境，缺少有效的电子垃圾治理宣传工作。群众很难培养起“电子垃圾污染巨大，潜在价值巨大”的意识。采访和浏览相关政府部门网站中我们发现，相关部门对于电子垃圾的危害性和可利用性的宣传可谓少之又少，这导致群众对于电子垃圾的危害性意识不高，对电子垃圾无害处理理解还有误区。 4) 群众由于对于电子垃圾的认知没有明确的数据警示，使得防范意识不足，所以导致社会中电子垃圾的小数据爆发，通过累计作用，从而产生了较大的影响，并且这些数据逐年上升，无法得到有效的抑制。 5) 电子废弃物回收渠道及其结构不合理。现存的电子废弃物回收网络大多是商贩自发形成的，其回收活动不是为了资源化处置和环境保护，而纯粹是为了经济利益，收购的电子垃圾都经过旧货市场进行再商品化销售。这个体系的运作完全是在利益的驱使下进行的，极少考虑环境因素，在这个体系中，没有制度和责任，有的只是经济利益，一旦体系运行中的某个环节没有了经济利益，这个回收体系自然很快就会瓦解。 4.2. 建议 1) 健全国内的电子垃圾回收机制，完善回收手段和回收途径透明化。打破地区私人回收垄断化、提高作坊产业系统性，使整个产业流程暴露在群众监督视野内。发展相关从业人员，利用统一的专业技术培训指导、从业资格考核并登记等手段逐步实现回收机制系统化。 2) 基于大数据，利用模型知识建立行之有效的电子垃圾保有量数据模型。通过上访，网络等收集具体的电子垃圾数据，从而推出符合国情的数据模型，预测电子垃圾保有量，便于电子垃圾回收处理产业系统的建立和回收渠道网络的布设，为相关单位和企业的项目建设提供科学依据和参考意见。方便普通群众通过这些数据意识到其危害性。同时通过环保、教育、宣传等部门的联动，提高公众对电子垃圾回收和处理处置的认知能力。提高中小学生、高等院校学生对电子垃圾污染性和资源性的认识。在向民众推广此类模型的同时，大力宣传电子垃圾的危害性及适当的处理方法供群众参考。 3) 加快电子垃圾资源化关键技术及设备的研发，控制重金属和持久性有机污染物等污染物排放引起的环境污染，降低电子垃圾不正当处理引发的人类健康风险。提升处理企业的污染控制水平和污染防治意识，严格控制电子垃圾非法拆解和有毒有害物质控制。加强拆解人员的有针对性的知识和技能培训。各级政府应该积极引导产业发展，引导原来的个体拆解加工户逐步整合，并提升技术水平，促进产业可持续发展。 4) 利用互联网平台进一步构建多渠道回收体系，建立电子垃圾管理平台。促使电子垃圾有序流向规范化处理企业。高效合理的回收体系与垃圾处理处置设施之间的无缝匹配，直接影响电子垃圾利用的效率和持续性以及污染控制水平。在如今的信息化社会，利用互联网平台进行电子垃圾的回收系统架设，如群众挂出相关废弃物，由各同城回收单位竞价采购；建立电话、APP上门回收等。同时积极寻求其他途径，推动处理企业回收体系建设，如积分回收等回收模式。 5) 建立电子产品租用体系，合理利用电子产品，避免不必要的闲置浪费。并且鼓励处理企业和销售卖场自行实施“以旧换新”、提供优质的售后维修、更新服务；甚至建立自身品牌的回收产业，科学回收再利用。 6) 建立“分级处理、地方拆分、集中提炼”的体系。将各地科学拆分的可回收电子垃圾资源，集中在一地进行提炼处理，进行系统化管理，减少提炼过程中污染物在各地都排放的现状，集中处理污染物，也打击了各地作坊非法拆卸提炼的情况。 7) 增加群众监督举报机制，对不法拆卸进行严厉打击。加强监管、执法和政策体系的建设和完善。加强对含有重金属等危险废物的电子垃圾的管理。还应进一步加强指导、督促和检查地方工作，打击电子垃圾的非法进口和拆解，促进电子垃圾拆解利用处置产业的健康发展。 8) 建立电子垃圾回收城市集中区域辐射体系。在各个中心城市建立回收总站，辐射到周边城市建设分站，对电子垃圾各个部分进行分类管理，最终在总站进行汇总处理，提高系统化处理。
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user: 摘 要 针对莱斯信道下多小区上行多用户大规模MIMO系统，对上行链路的资源进行分配。采用最大比合并接收方式，联合优化导频信号长度，导频信号与数据信号的发射功率，以使系统频谱效率最大化。仿真结果表明，在莱斯因子较小时，通过资源分配可以显著提高系统的速率性能；但随着莱斯因子的增加，优化功率分配所带来的性能增益则减小。 关键词 :大规模MIMO，最大比合并，信道估计，功率分配，能量效率 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 在无线移动通信，大规模MIMO是指基站配置数十根甚至数百根以上天线，要比传统MIMO系统中的4根或8根天线增加一个数量级以上 [ 1 ] [ 2 ] 。由于大规模MIMO可显著提高蜂窝移动通信系统的频谱效率和能量效率，故成为目前面向5G的热点技术。 对于多小区多用户大规模MIMO系统，通常为了保证其信息的高速可靠传输，需要接收机端能够获得准确的信道状态信息(CSI)以实现相干检测、解调、自适应空时解码等操作。因此，对大规模MIMO信道能进行有效且快速的估计就显得非常重要 [ 3 ] 。在TDD模式下，我们可通过上行发送导频信号来进行信道估计，也就是说上行链路传输可由两部分组成：导频信号传输与数据信号传输 [ 4 ] ，此时便存在着导频开销的问题。如何在保证信道估计准确性的情况下，降低导频开销，提高系统频谱效率，是一个很重要的研究课题。 在大规模MIMO研究中，文献 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 讨论了大规模MIMO基本思想和发展方向，尤其关注了信道估计问题；而文献 [ 5 ] 则研究了在MMSE信道估计下莱斯衰落多小区大规模MIMO系统的上行频谱效率。但是，已有的这些工作往往都假设导频信号与数据信号等功率或者存在一定倍数关系。对于这样功率分配机制，在信噪比较低时，导频信号的功率和数据信号的功率都会减小，且此时的信道容量会与传输功率的平方成正比 [ 6 ] 。为此，文献 [ 7 ] 研究了多小区瑞利衰落信道下的大规模MIMO资源分配问题，并显示通过控制用户的导频功率、数据信号功率和导频长度可有效提高系统的可达速率性能。借鉴 [ 7 ] 的思想和方法，文献 [ 8 ] 探讨了单小区莱斯衰落信道下的大规模MIMO资源分配问题。 众所周知，莱斯信道是比瑞利信道更为一般的信道模型。考虑到蜂窝通信复杂的实际情况，我们需要采用更为复杂的多小区莱斯通信系统模型来深入地研究功率分配对于频谱效率和能量效率的改善情况。鉴于此，本文侧重研究莱斯衰落环境下的多小区大规模MIMO的上行功率分配问题。
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user: 2. 系统模型 2.1. 信道模型 本文考虑L个小区，每个小区中心配置一个具有M (M ≥ 1)根天线的基站，每个小区内随机地分布N个单天线用户。在上行链路中，用户利用相同的时频资源发送信号，则第i个基站天线接收到的基带信号表示为 [ 9 ] (1) 其中， 是一个 的信号矢量，代表着第i个小区内所有用户向本小区基站发送的数据信号， 是每用户的平均发射功率， 是第l个小区中的所有用户到第i个小区基站之间的信道矩阵， 为加性高斯白噪声向量，其元素服从均值为0，方差为 的复高斯分布。 第l个小区内第n个用户到第i个小区基站的第m根天线之间的信道增益系数记为 ，它包含了独立的快衰落、路径损耗、对数正态阴影衰落，其可以表示为如下： (2) 其中， 为第l个小区n个用户到第i个小区基站第m根天线之间的快衰落矩阵。大尺度衰落 表示路径损耗和阴影衰落，它随时间变化缓慢，因此可以假定其值是暂时固定不变的。故可以再写第l个小区内所有用户到第i个小区基站之间的信道矩阵为 (3) 其中， 表示 的对角矩阵， 。 代表第l个小区内所有用户到第i个小区基站之间的快衰落信道矩阵， 。注意当用户与基站不再同一小区时，其快衰落矩阵中每个随机元素要服从均值为0，方差为1的瑞利分布；而当用户和基站在同一小区时，快衰落矩阵则包含两部分，一个是和LOS路径相关的确定部分，另一个是与散射信号相关的服从瑞利分布的随机部分。此外，让第i个小区内的第n个用户的莱斯因子表示为 ，它表示固定分量的功率与散射分量的功率的比值。因此，快衰落矩阵 可细致地写为 [ 5 ] (4) 其中 是 的对角矩阵且 。 表示随机部分，矩阵中每个元素独立同分布，并且都是均值为零，方差为1的复高斯随机变量。 代表确定部分，对于均匀线性天线阵列可表示为 [ 10 ] (5) 其中 是天线间的距离， 是波长， 是第i个小区内第n个用户的到达角。为了表示方便，文中假定 。 2.2. 信道估计 在信道估计阶段，假定所有小区内的用户同时发送长度为 的导频信号，这样的同步传输也就意味着导频污染最严重。第i个小区内的导频信号可以表示为 ，其中 为 的导频矩阵且满足 ， 表示导频信号的发射功率。则第i个小区基站所接收到的导频信号可以写为 (6) 其中 表示一个矩阵的转置， 表示一个矩阵的共轭转置。 我们预先假定基站知道LOS固定分量。则将上述的表达式移除LOS固定分量，该式就变为 (7) 采用最小均方误差进行信道估计，估计的随机部分信道为 [ 5 ] (8) 其中， 每个元素服从均值为0方差为1的复高斯随机分布， 表示矩阵的共轭。从式(8)可以看出，在多小区系统中，信道估计结果会受到导频污染的影响。估计的信道矩阵表示为 (9) 2.3. 发送和接收 在数据传输阶段，所有小区内的用户都发送其数据信号 。如第i个小区基站采用的接收矩阵为 ，则第i个小区的基站所接收到的数据信号表示为 (10) 具体地，关于第n个用户的接收信号可表示为 (11) 其中 是信道估计误差矩阵中的元素。从式(11)可看出，接收信号包含五部分：有用信号部分、同小区内的不同用户间干扰部分、来自相邻小区用户干扰部分、信道估计误差部分以及加性噪声部分。
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user: 3. 上行链路可达速率分析 3.1. 最大比合并接收 本文将以系统的上行频谱效率作为优化的指标。设系统采用简单实用的最大比合并(MRC)接收方式，则有 。这样式(11)可表示为 (12) 由于信道估计矩阵 与信道估计误差 在统计上相互独立，则第l个小区基站接收到的本小区第k个用户发送信号的信干噪比可表示为 [ 5 ] (13) 其中， ， 。 在MRC接收方式下，从上式最后可得系统上行链路的第i个小区第n个用户的遍历可达速率为 (14) 对于公式(13)中信干噪比，经过代数处理后可以得出其近似表达式为 [ 5 ] (15) 其中， 。 ， 。 如用 表示信道相干时间，则对于第i个小区系统的总频谱效率可近似表示为 (16) 3.2. 平方效应 接下来在两种情况下对比分析莱斯因子的大小是否会影响系统频谱效率：一种是导频功率固定，即导频与数据信号发射功率相互独立；另一种是现在经常采用的情况，即采用相同的发射功率来传输导频信号与数据信号 [ 7 ] 。 当 ，并且 独立于 时，将 进行泰勒级数展开可得 (17) 当 ，并且 时，公式(16)可展开为 (18) 从式(17)和式(18)能够看出，在MRC接收机下，当 并且 时，对于上述发射功率分配的两种情况来说，系统总的频谱效率会正比于 。但是当 并且 接近于0( 退化为瑞利衰落情况)来说，式(17)仍然正比于 ，而式子(18)首项接近于0，此时系统总的频谱效率正比于 的平方，也就说在导频功率与数据信号发射功率相同时，低信噪比下，系统也存在平方效应。 3.3. 能效资源分配 能效优化的基本思想是通过调整导频信号的长度、导频功率和数据信号发射功率三个因素来提高系统的频谱效率 [ 7 ] [ 8 ] 。为此，这里需要定义系统的比特能量，它是传输消耗的能量除以系统总的频谱效率，可以表示为 [ 7 ] (19) 如果 ，我们可以将式(19)简化为 。从式(17)和式(18)来看，当 且直射路径较强 时，比特能量不会随着频谱效率的减小而增大。而在 时，我们可以通过调节发射功率的分配，使得在低比特能量时，增大系统的频谱效率。 上述的优化问题可以用如下数学模型来表示 [ 7 ] (20) 在单小区情况下，即 时文献 [ 8 ] 已经证明当导频信号长度 时，系统的频谱效率可以达到最大化。 类似地，这个结果可推广到多小区情况。因此式(20)可以写成 (21) 运用 的凹函数性，我们就可以类似 [ 7 ] 和 [ 8 ] 中那样进行仿真分析。
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user: 4. 系统性能仿真及分析 本文主要是在非理想CSI下进行频谱效率性能仿真，频谱效率单位为bits/s/Hz。仿真采用MATLAB中的fmincon函数来仿真式(21)中的优化问题。具体参数选取如下：小区个数L = 7，单天线用户数N = 10，单天线用户数N = 10，发送导频符号 ，相干间隔T = 196。另外，假定主小区内所有用户的莱斯因子取相同值K。 图1比较了在不同的莱斯因子下，上行链路总速率的蒙特卡洛仿真结果与理论分析给出的公式结果随基站天线数目变化的情况。仿真采用循环次数为2000次，求其平均信道容量得到的结果，莱斯因子K取0和6 dB两种情况，基站天线数从20到600递增。从图中我们可以看出，随着基站天线数的增加，系统的总频谱效率增大，但是当天线数增大到一定数目时，对系统频谱效率的影响减小。当莱斯因子变大为6 dB时，系统的频谱效率比瑞利信道显著提高，也就是说存在视距分量，视距分量较强时，系统的和速率会增加。从图中我们也可以看出，无论莱斯因子大还是小，公式(16)与仿真值基本吻合，故之后我们将用公式(16)的数字结果来代替相应的蒙特卡洛仿真结果以求解如上能效优化问题。 图2探究了在导频功率与数据信号功率相同和相互独立两种情况下，上行可达速率随莱斯因子K的变化情况，其中平均发射功率为10 dB，基站天线数目分别为50和100根，莱斯因子从−50 dB到20 dB递增。从图中我们可以看出，增加基站天线数目可以显著提高信道容量。在视距分量很弱即莱斯因子较小时，导频信号功率与数据信号发射功率相互独立可以显著提高信道容量，但是在视距分量占主导地位时，这种优化优势逐渐减小。存在这种现象的原因是：基站端进行信道估计，估计的是散射分量，当莱斯因子很小时，散射路径所占的分量大，因此我们可以通过功率资源分配来提高信道估计的准确性进而提高信道容量；但是随着莱斯因子的增大，直射径所占的比例大于散射径所占的比例，这时我们想通过资源分配提高散射径的估计准确性而获得的容量增益就会很小。 图3研究了最大比合并接收及在不同莱斯因子下优化后的功率资源分配比例。基站天线数为50和 图1. 主小区上行和速率随着基站天线数变化情况 图2. 上行可达和速率随莱斯因子变化 图3. 导频功率与数据功率比值随莱斯因子变化 100，相干时间内总发射功率为 dB，莱斯因子从−50 dB到20 dB递增。从仿真图中我们可以看出， 在莱斯因子很小时， 值很大，也就是说在接近于瑞利信道模型下，系统分别配给导频更多的功率来增加信道估计的准确性，进而提高信道容量。随着莱斯因子的增大， 值减小，这也说明随着散射路 径的比例减小，优化的增益也减小。当莱斯因子持续增加时，导频信号的发射功率将小于数据信号的发射功率，此时系统是通过增加数据信号的发射功率来增加直射路径所传输的比例，从而增加信道容量。 图4仿真了在最大比合并接收中优化前后的和速率随着比特能量的变化曲线。莱斯因子K = 5 dB和K = −20 dB，基站天线数为500，平均发射功率为10 dB。从图中我们可以看出，在K = −10 dB时，直射路径分量很小，信道接近于瑞利信道，比特能量都是在频谱效率非0的情况下取得最小值。在这个值以下，比特能量随着频谱效率的增大而减小；在这个值以上，比特能量随着频谱效率的增大而增加。通过优化系统的能量效率明显得到提高，也就是说在视距分量很小时，信道估计的准确性可以保证在相同的发射能量情况下提供更好的速率性能。当K = 5 dB时，比特能量都是在频谱效率接近于0的时候取得最小值，此时平方效应消失，并且在视距分量很弱时，优化效果并不明显。
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user: 5. 结束语 本文对多小区莱斯信道上行多用户大规模MIMO系统中的上行功率资源分配进行研究。在基站采用最大比合并接收机来处理接收到的信号情况下，探讨了如何通过调节导频长度、导频功率及数据信号功率来最大化系统频谱效率的资源优化方案。通过公式推导发现，在直射路径很弱时，系统的频谱效率存在平方效应，而随着直射路径的分量增加，平方效应逐渐消失。数字仿真结果则表明，经过优化，系统的频谱效率会有所提高，但是优化增益会随着莱斯因子的增加而减少。当莱斯因子很小时，系统分配更多的功率来传输导频信号，利用增加信道估计的准确性来提高系统的频谱效率，反之，通过增加数据信号的发射功率来增加频谱效率。 虽然进行上行资源分配会提高系统的频谱效率，但我们的信道估计过程实际上蕴含着这样假设：在系统完美知道大尺度衰落情况下去估计散射分量。实际上，如何对大尺度衰落进行精确估计目前还不清楚，这需要我们以后展开研究。 图4. 在有和没有功率分配下上行和速率随比特能量变化情况
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user: 摘 要 基于互联网支撑的第三方支付平台——“余额宝”，作为互联网金融线上融资模式的先行者，得到了强烈的市场反响，进一步加快了互联网对金融市场的重构步伐，也对商业银行造成了一定的冲击。然而，余额宝作为货币性基金，其收益率是否能一直稳定在较高的收益水平，具有非常大的不确定性。对余额宝的未来收益做出预测，有利于各个市场参与方做出正确的行动决策。本文以2015年5月1日至2017年4月30日余额宝的每万份收益数据序列为基础，建立ARIMA模型，由于余额宝历史净值七日平均收益变化率序列存在集群效应，因此建立GARCH模型分析。运用R软件对余额宝收益进行分析，并对未来收益的短期走势进行预测。 关键词 :ARIMA模型，余额宝，GARCH模型 Copyright © 2017 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 研究背景、目的、意义 1.1. 研究背景 2013年6月13日，阿里巴巴旗下“支付宝”联袂天弘基金推出“余额宝”，余额宝面世不到三周，投资规模就达到了七十多亿元。随之半年内，余额宝投资规模超越1000亿，使之居于中国基金史和互联网理财的首位。余额宝之所以如此，取决于它的收益高，安全性强，资金性灵活，操作简单，具有平民化等特点。 对于余额宝序列目前极少有关于其波动性特征以及未来收益方面的数据性实证研究，但是作为一种收益时间序列，通常具备金融时间序列的类似性质。1976年，美国和英国的统计家Box和Jenkins针对金融时间序列的分析提出经典的时间序列模型——自回归滑动平均(ARMA)模型，通过对序列建模，对于平稳的线性时间序列问题，ARMA通常可得令人满意的结果。但是在经济时间序列中，大多都是非平稳以及非线性的序列。因此，针对这个问题，Box和Jenkins又提出了另一种时间序列模型ARIMA模型，这是一种差分转换与ARMA相结合所产生的模型，ARIMA模型允许对差分后能够实现平稳的对非平稳时间序列进行建模。 1.2. 研究目的 因为余额宝面世的时间相对较短，所以在有关余额宝的分析研究文献中，大多关注于余额宝的理财模式、营销方式、宣传优势以及创新性理论分析等方面，极少有关于其波动性特征以及未来收益方面的数据性实证研究。总体上看，大部分采用是定性分析研究，因此本文借助ARIMA模型对余额宝每日万份收益时间序列进行深层次的分析。结果表明，采用ARIMA模型进行余额宝每日万份收益的分析与预测，能较好地反映其动态变化，对余额宝本身、投资者、商业银行和监管机构的行动策略具有重要的参考价值。 1.3. 研究意义 余额宝自产生以来就深受各方市场的关注，作为一个以互联网金融和货币基金为基础的创新理财平台，无论是对于银行业、互联网、以及普通民众其影响都极为深远，尤其是对传统商业银行的交易冲击更为显著。但是，由于余额宝面世时间较短，存在很多非稳定性因素，加之银行等各方市场对其所产生的各项应对策略，使得余额宝收益也相应产生剧烈波动，那么未来收益率是否能够稳定在相对理想的高收益水平上，就会具有相当大的不确定性。因此，对于这个互联网金融的创新代表，其市场波动性特征及其未来发展状况的深层次分析和研究是具有现实意义的。对于余额宝收益市场波动性的研究，不仅能够提高余额宝基金市场的透明度，发挥余额宝融资理财的巨大潜力，还能够帮助广大“宝粉”降低投资风险，有利于余额宝市场的有效扩大和健康发展。