無(wú)線多播傳輸系統(tǒng)波束成形研究.pdf

1、隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，多播技術(shù)由于具有點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的天然特性，正逐步得到業(yè)界的關(guān)注。然而，無(wú)線多播面臨著復(fù)雜而惡劣的信道問(wèn)題，多播組內(nèi)任一用戶接收失敗均將導(dǎo)致重傳，而重傳意味著信道及能源的浪費(fèi)。簡(jiǎn)而言之，整個(gè)多播組的服務(wù)質(zhì)量取決于多播組內(nèi)最差用戶的服務(wù)質(zhì)量及中斷特性。因此，要提高無(wú)線多播的整體服務(wù)質(zhì)量，研究在無(wú)線多播環(huán)境下的魯棒性及中斷特性具有重要意義。
　　 通過(guò)調(diào)整在不同的天線方向上的天線增益，波束成形技術(shù)能有效

2、改善信道較差用戶的接收信噪比和中斷特性，達(dá)到系統(tǒng)性能的平衡，進(jìn)而有效的提升無(wú)線多播的整體服務(wù)質(zhì)量，是實(shí)現(xiàn)魯棒性傳輸?shù)闹匾夹g(shù)方案。然而要實(shí)現(xiàn)波束成形矢量的優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要已知完美的信道狀態(tài)信息。事實(shí)上，基于完美信道狀態(tài)信息下的波束成形設(shè)計(jì)方案，已經(jīng)是非常成熟的研究成果。然而，在惡劣的無(wú)線環(huán)境中，獲取完美信道狀態(tài)信息并非易事。在實(shí)際系統(tǒng)中，所獲取的信道信息不可避免的存在誤差。例如，信道估計(jì)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生估計(jì)誤差;量化過(guò)程會(huì)帶來(lái)量化誤差;信道信息

3、的反饋會(huì)帶來(lái)反饋時(shí)延等。這些都是波束成形設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須要考慮的因素。
　　 本文的研究思路是在多播信道狀態(tài)信息非完美的基礎(chǔ)上，建立信道狀態(tài)信息存在誤差與延時(shí)的不同模型，通過(guò)調(diào)整波束成形矢量設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)多播傳輸?shù)聂敯粜约案吣苄?。圍繞著該研究思路，主要工作分為如下三個(gè)部分:
　　 量化誤差下的多播波束成形設(shè)計(jì):主要考慮由量化誤差導(dǎo)致的非完美信道信息場(chǎng)景。設(shè)立基站下行功率最小化和用戶最大最小公平性兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)。針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間尺度下

4、的信道信息相關(guān)矩陣，利用確定性邊界誤差矩陣建立數(shù)學(xué)模型。結(jié)合半正定松馳和半正定規(guī)劃，將原優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為凸問(wèn)題，進(jìn)一步利用凸優(yōu)化工具求解最優(yōu)的波束成形矢量設(shè)計(jì)方案。
　　 信道估計(jì)誤差下的多播波束成形設(shè)計(jì):主要考慮信道估計(jì)誤差導(dǎo)致的非完美信道信息場(chǎng)景。針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間尺度下的信道信息相關(guān)矩陣，利用高斯隨機(jī)變量建立誤差模型，主要解決中斷概率約束條件下的基站下行發(fā)射功率最小化問(wèn)題。由于中斷概率的約束表達(dá)式是非閉合的，本文分別從等效邊界轉(zhuǎn)化為

5、確定邊界問(wèn)題和從概率角度直接優(yōu)化兩個(gè)方向出發(fā)，提出了最差邊界法和高斯錯(cuò)誤函數(shù)方案，完成在估計(jì)誤差存在條件下的魯棒性的波束成形矢量設(shè)計(jì)方案。
　　 反饋延時(shí)下的多播波束成形設(shè)計(jì):主要考慮頻分雙工系統(tǒng)中長(zhǎng)時(shí)間尺度及信道信息反饋存在延時(shí)條件下的波束成形矢量設(shè)計(jì)。針對(duì)反饋延遲的信道信息，利用最小均方誤差估計(jì)來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前的信道信息。設(shè)立基站下行功率最小化和用戶最大最小公平性兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，利用信道信息的預(yù)測(cè)結(jié)果，結(jié)合半正定松馳和半正定規(guī)劃，將