基于非完美信道状态信息的多播系统容量优化研究

发布时间：2017-04-02 00:08

  本文关键词：基于非完美信道状态信息的多播系统容量优化研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来无线通信发展迅速,无线终端尤其是智能终端的广泛使用给人们的生活和工作带来了更多的可能,种类繁多的应用应运而生并且层出不穷,遍布于社会生活的各个角落。各种信息依靠网络承载传播导致业务量的不断攀升,以及新型多媒体的迅速普及等因素,传统的点对点的传输方式承载的业务量并不能很好的满足日益增长的需求,点对多点的多播业务传输方式自然而然受到了学者们的广泛关注:一方面,在迅速增长的移动数据流量统计中发现,视频流量占据一半以上的份额,其中很多业务是需要传输相同数据内容给某一类用户,例如视频点播、手机电视、远程教育等;另一方面,考虑无线信道本身,利用空间电磁波传输使得其本身具备广播属性,拥有权限的用户可以同时接收同一站点发出的信息。本文通过对多播系统进行分析研究,基于发射端已知非完美信道状态信息,在不同场景下建立容量优化数学模型,利用凸优化理论求解相应优化问题以获得发射策略,通过仿真分析性能。具体工作内容为:首先,分析接收用户配置单天线的场景,利用反馈的瞬时信道状态信息,综合考虑反馈信息的非完美性,在一定发射功率限制的前提下,建立最大化最差信道用户容量的优化模型,证明其为凸优化问题,再利用凸优化算法进行高效求解,获得决定发射策略的发射方差;其次,为克服最大化最差用户信道容量模型受限于最差用户信道状态的缺点,建立系统和容量最大化模型,该模型牺牲所有用户均能可靠接收的性能,换来系统吞吐量的提升,针对造成的这一问题可考虑结合其他策略实现信道条件很差的用户可靠接收信息,如混合自动重传请求或另外分配单播信道。然后,针对该系统和容量最大化模型进行分析,证明在低信噪比情况下该问题可转化为凸优化问题,利用CVX高效求解低信噪比下系统和容量最大化模型;最后,分析接收用户配置多根天线的场景,此时由于反馈量的增加带来的系统开销和时延导致反馈瞬时信道状态信息并不划算,本文利用相关统计信道状态信息对信道进行建模,建立功率约束下的最大化系统和容量模型,利用已知的统计信道状态信息简化优化问题,通过统计分析得到系统和容量的一个下界的解析表达式,求解满足限制条件下的最大化该下界的优化问题,获得已知统计信道状态信息情况下的优化发射策略。对结果进行仿真验证,比较分析各种策略性能。
【关键词】：多播系统 信道和容量 凸优化 非完美信道状态信息
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN92
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 本文的主要研究内容12-14
• 第2章 MIMO多播系统研究及数学基础14-24
• 2.1 引言14
• 2.2 MIMO容量优化模型14-18
• 2.2.1 无线信道模型14-16
• 2.2.2 MIMO信道容量16-18
• 2.2.3 功率限制条件18
• 2.3 多播系统18-20
• 2.3.1 多播传输的系统框架18-19
• 2.3.2 增强型多媒体多播业务的传输模型19-20
• 2.4 凸优化理论20-23
• 2.4.1 凸优化问题的定义20-21
• 2.4.2 对偶问题21-23
• 2.4.3 凸优化问题的求解23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 基于非完美瞬时信道状态信息的发射策略研究24-36
• 3.1 引言24-25
• 3.2 基于非完美瞬时信道状态信息的最差用户信道容量优化问题25-27
• 3.2.1 完美信道状态信息下的多播系统信道容量25-26
• 3.2.2 瞬时信道状态信息估计误差模型26
• 3.2.3 优化问题的形成和求解26-27
• 3.3 基于非完美的瞬时信道状态信息的多播系统和容量优化问题27-30
• 3.3.1 多播系统信道误差矩阵模型27-28
• 3.3.2 优化问题的形成和求解28-30
• 3.4 仿真分析30-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章 基于统计信道状态信息的发射策略研究36-49
• 4.1 引言36
• 4.2 基于统计信道状态信息的遍历和容量优化问题描述36-38
• 4.2.1 统计相关信道模型36-37
• 4.2.2 基于统计信道状态信息的遍历和容量优化问题的形成37-38
• 4.3 基于统计信道状态信息的遍历和容量优化问题的求解38-42
• 4.4 仿真分析42-47
• 4.5 本章小结47-49
• 结论49-50
• 参考文献50-55
• 致谢55

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