多天線多用戶系統(tǒng)的MISO下行用戶選擇與波束成型設(shè)計.pdf

1、隨著移動終端數(shù)目的快速增加以及移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，用戶對移動通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)速率要求提高。多用戶多天線技術(shù)能夠充分利用空域資源，是提高移動通信網(wǎng)路速率的重要手段，同時多用戶線性波束成型技術(shù)是實現(xiàn)多用戶多天線技術(shù)中復(fù)雜度較低的方法。但是鑒于體積與能耗等因素，基站多部署多天線，終端采用單天線。在此場景下，下行鏈路較上行鏈路更為復(fù)雜，而且用戶對下行鏈路數(shù)據(jù)速率要求更高。此外，當(dāng)用戶數(shù)目過多時，系統(tǒng)可能無法滿足所有用戶的最小信干噪比要求，系

2、統(tǒng)需要執(zhí)行用戶選擇。因此本文選擇多天線多用戶系統(tǒng)下行鏈路的用戶選擇與波束成型設(shè)計作為研究點。
　　多天線多用戶系統(tǒng)下行鏈路常用的兩個性能指標(biāo)是所有用戶中的最小加權(quán)信干噪比與基站最小發(fā)射功率，分別刻畫了用戶間信干噪比公平性和基站功耗。在單播場景最小加權(quán)信干噪比的最大化問題中，少有工作涉及到多種服務(wù)類型用戶;在最小化基站發(fā)射功率問題中，單播場景中的用戶選擇與波束成型設(shè)計研究較為透徹，而組播場景中卻沒有性能好而復(fù)雜度低的算法。本文關(guān)注單

3、播場景下含有兩種服務(wù)類型用戶的最大最小加權(quán)信干噪比與組播場景下最小化基站發(fā)射功率這兩個問題中的用戶選擇與波束成型設(shè)計。這兩個問題均為NP-hard問題，獲取其最優(yōu)解需要指數(shù)時間，因此我們試圖給出性能較好的低復(fù)雜度近似算法。主要研究內(nèi)容如下:
　　單播場景下基于信干噪比公平性的用戶選擇與波束成型設(shè)計:本文在第一個研究內(nèi)容中，關(guān)注含有兩種服務(wù)類型用戶的最大最小加權(quán)信干噪比問題，并建立了此問題下用戶選擇與波束成型設(shè)計的數(shù)學(xué)模型。針對這個

4、問題，我們通過解決一個僅含有保證服務(wù)型用戶的最大最小加權(quán)公平性問題來判斷原問題是否能容納當(dāng)前所有用戶。綜合該方法和二分法，本文提出了一個基于接入優(yōu)先級參量的啟發(fā)式用戶選擇算法，這個算法將不可行問題轉(zhuǎn)化為可行問題。針對可行問題，本文以函數(shù)映射表示它與一般形式的最大最小加權(quán)公平性問題的關(guān)系，研究關(guān)系函數(shù)的特性，并基于關(guān)系函數(shù)推導(dǎo)出一個收斂到最優(yōu)的迭代算法。本文最后通過仿真展示了低復(fù)雜度的迭代解決方案與暴力搜索算法的性能十分接近。
　　

5、組播場景下基于功率最小化的用戶選擇與波束成型設(shè)計:本文在第二個研究內(nèi)容中，建立了組播場景下基于功率最小化的用戶選擇與波束成型設(shè)計問題的數(shù)學(xué)模型。針對這個問題，本文首先引入二進(jìn)制變量，將原來的兩步問題等價轉(zhuǎn)換為單步混合整數(shù)優(yōu)化問題，進(jìn)行松弛，同時對二進(jìn)制變量進(jìn)行近似，得到一個更容易解決的近似松弛問題。接著，我們通過選取合適的近似函數(shù)，可以讓近似后的問題屬于半正定規(guī)劃或者連續(xù)規(guī)劃問題，例化為前人文獻(xiàn)中不同的問題，因此該問題更具有一般性。然后