無線多播傳輸方法研究.pdf

1、隨著移動終端能力的不斷增強和移動互聯(lián)網(wǎng)的快速普及，移動業(yè)務量的增長率遠遠超過空口速率提升幅度，有限的頻譜帶寬資源與迅猛增長的業(yè)務量需求成為移動通信發(fā)展過程中的主要矛盾。而無線多播作為一項能有效傳播相同數(shù)據(jù)流的重要技術，被廣泛應用于移動電視、視頻會議和在線網(wǎng)絡游戲等業(yè)務。由于無線信道的廣播特性，無線多播允許對需求相同數(shù)據(jù)流的用戶加入同一多播組，共享同一資源，既節(jié)約了系統(tǒng)資源，又提升了空口利用效率，但同時其系統(tǒng)性能往往受限于組內(nèi)性能最差的用

2、戶。另外，由于無線信道的時變性，無線多播需要采用一些抗衰落技術來克服無線信道所帶來的不良影響。因此，研究無線多播傳輸方法中的關鍵問題并設計實用有效的技術方案具有非常重要的意義。
　　 本文的研究內(nèi)容集中在無線多播中三種可能的傳輸方式:單速率多播、多速率多播和混合單播多播，主要的研究成果及貢獻如下:
　　 1.單速率多播:首先考慮時分雙工(Time Division Duplexing，TDD)多播系統(tǒng)中存在信道估計誤差時

3、的波束成型設計問題。在保證用戶的中斷概率約束下最小化基站的發(fā)送功率，分別討論了瞬時CSI(Channel State Information)和長時CSI下的波束成型設計方案，將包含高斯隨機誤差的中斷概率約束進行等效近似，從而轉化為可采用半正定松弛方法和秩一化算法近似求解的問題。仿真實驗表明，所提算法能有效地提高系統(tǒng)魯棒性能。然后考慮頻分雙工(Frequency Division Duplexing，F(xiàn)DD)多播系統(tǒng)中存在信道量化誤差時

4、的波束成型設計問題，分別討論了單個多播組在瞬時CSI和長時CSI下的發(fā)送功率最小化問題和最大化最小QoS(Quality of Service)問題，通過將無限個不等式約束等效為有限個不等式約束，從而去掉錯誤邊界誤差，然后采用半正定松弛方法和秩一化算法近似求解。仿真實驗說明了所提算法只額外消耗較少的功率，便能取得較好的魯棒性能。系統(tǒng)地研究了不同場景下具有非完美CSI時的無線多播魯棒性波束成型設計問題，為實際系統(tǒng)設計提供了有益的思路。

5、r>　　 2.多速率多播:為了克服單速率傳輸系統(tǒng)性能受限于最差用戶性能的缺點，我們允許同個多播組內(nèi)的用戶能根據(jù)自身的處理能力來接收多播數(shù)據(jù)流，提出了一種基于疊加編碼的多速率多播傳輸方案。首先考慮確定用戶集合和目標多播速率下的發(fā)送功率最小化問題，提出了一種基于半正定松弛的解決算法。與此同時，我們給出了保證發(fā)送功率最小化問題永遠具有秩1解的條件。然后考慮聯(lián)合波束成型設計與層接入控制問題。首先，我們討論了基礎層的聯(lián)合波束成型與接入控制問題，

6、然后詳細研究了單層增強層的情況，進而將其拓展至多層增強層的情況，并提出了對應的聯(lián)合波束成型設計與層接入控制的傳輸方案，以確定給定各層速率下的最大可支持層數(shù)，各層服務用戶集和波束成型矢量。為用戶提供差異化的多播服務，保證信道較好用戶的相對公平。為視頻多播等多速率多播傳輸提供了基于疊加編碼的傳輸方案，具有一定的指導意義。
　　 3.混合單播多播:針對傳統(tǒng)單速率無線多播性能受限于最差信道用戶，而不管信道條件較好的用戶的額外處理能力的缺

7、點，提出了一種為信道條件較好的用戶提供額外單播服務的基于疊加編碼的混合單播多播傳輸方法。首先，考慮確定用戶集和目標速率的發(fā)送功率最小化問題，給出了求解算法，并得到保證問題有秩1解的條件。接著討論了確定用戶集和目標多（單）播速率下的最大單（多）播可達速率問題。最后考慮聯(lián)合波束成型設計與層接入控制問題，提出了一種基于半正定松弛的收縮算法，同時，針對D-SDR算法提出了一種低復雜度且有效的算法改進。仿真表明，所提算法性能非常接近最優(yōu)的遍歷搜索

8、算法，且具有可接受的復雜度。為信道較好的用戶提供額外單播服務，可以提升用戶吞吐量，保證其相對公平;針對基于時分復用的無線雙向中繼系統(tǒng)中單播階段與多播階段相互影響的缺點，我們根據(jù)不同的錯誤反饋機制，提出了三種為不同階段提供可靠性保證的ARQ(Automatic Repeat-reQuest)協(xié)議。利用有限狀態(tài)馬爾科夫鏈將三種ARQ協(xié)議過程分解成離散狀態(tài)，并對系統(tǒng)性能進行理論分析和仿真比較。仿真表明，所提協(xié)議能提高雙向中繼系統(tǒng)中端到端的吞吐