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(qiáng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的快速普及，移動業(yè)務(wù)量的增長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(wù)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(xiàng)能有效傳播相同數(shù)據(jù)流的重要技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于移動電視、視頻會議和在線網(wǎng)絡(luò)游戲等業(yè)務(wù)。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(shí)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(shí)變性，無線多播需要采用一些抗衰落技術(shù)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(guān)鍵問題并設(shè)計(jì)實(shí)用有效的技術(shù)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(xiàn)如下:
　　 1.單速率多播:首先考慮時(shí)分雙工(Time Division Duplexing，TDD)多播系統(tǒng)中存在信道估計(jì)誤差時(shí)

3、的波束成型設(shè)計(jì)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(shí)CSI(Channel State Information)和長時(shí)CSI下的波束成型設(shè)計(jì)方案，將包含高斯隨機(jī)誤差的中斷概率約束進(jìn)行等效近似，從而轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)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(shí)

4、的波束成型設(shè)計(jì)問題，分別討論了單個(gè)多播組在瞬時(shí)CSI和長時(shí)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(gè)不等式約束等效為有限個(gè)不等式約束，從而去掉錯(cuò)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(shí)驗(yàn)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(shí)的無線多播魯棒性波束成型設(shè)計(jì)問題，為實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diǎn)，我們允許同個(gè)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(biāo)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(shí)，我們給出了保證發(fā)送功率最小化問題永遠(yuǎn)具有秩1解的條件。然后考慮聯(lián)合波束成型設(shè)計(jì)與層接入控制問題。首先，我們討論了基礎(chǔ)層的聯(lián)合波束成型與接入控制問題，

6、然后詳細(xì)研究了單層增強(qiáng)層的情況，進(jìn)而將其拓展至多層增強(qiáng)層的情況，并提出了對應(yīng)的聯(lián)合波束成型設(shè)計(jì)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(wù)用戶集和波束成型矢量。為用戶提供差異化的多播服務(wù)，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(dǎo)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(diǎn)，提出了一種為信道條件較好的用戶提供額外單播服務(wù)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(biāo)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(biāo)多（單）播速率下的最大單（多）播可達(dá)速率問題。最后考慮聯(lián)合波束成型設(shè)計(jì)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(shí)，針對D-SDR算法提出了一種低復(fù)雜度且有效的算法改進(jìn)。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(fù)雜度。為信道較好的用戶提供額外單播服務(wù)，可以提升用戶吞吐量，保證其相對公平;針對基于時(shí)分復(fù)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(diǎn)，我們根據(jù)不同的錯(cuò)誤反饋機(jī)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(jìn)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