全双工无线携能通信系统中的波束赋形研究
本文关键词:全双工无线携能通信系统中的波束赋形研究 出处:《华侨大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:随着无线业务的增值和用户端数量的爆炸性增长,无线通信系统正面临频谱资源匮乏和能耗过大的双重压力,作为5G规范的备选技术,全双工及无线携能技术有望缓解上述压力:一方面,全双工技术能够实现终端设备在同一时隙同一频带发送/接收数据;另一方面,无线携能技术在完成信息交互的同时,实现了无线能量的有效转移;因此在全双工系统中采用无线携能技术,同步改善了通信系统的频谱效率和能量可持续性。本文旨在研究全双工无线携能通信场景下,基于不同优化目标准则的波束赋形联合优化方案,主要创新点如下:(1)针对多用户全双工蜂窝通信网络,提出了一种基于系统功耗最小及能量收获最大双目标准则的联合优化方案。该方案采用迫零消除上行链路中多用户干扰,在下行链路,为了实现信息和能量的有效传递,全双工基站分别采用信息波束赋形及能量波束赋形为用户提供通信服务。鉴于功率问题为非凸问题,通过半定松弛将其转化为凸优化问题。仿真结果表明,所提方案相比传统方案能够节约大量的功率,从而有效提高了系统的功率效率。(2)针对全双工无线携能通信系统,设计了一种基于系统和速率最大化准则的波束赋形联合优化策略。该策略以最大化系统和速率为目标,同时考虑上行/下行链路的发射功率及能量收获约束来构造优化模型。优化变量间的耦合导致速率问题为非凸问题,首先采用半定松弛及一阶泰勒近似方法克服问题的非凸性,然后结合基于逐次凸近似的迭代算法分别求解次最优的信息波束赋形矢量和能量波束赋形矢量。仿真结果表明,所提方案相比传统方案性能更优,实现了系统和速率的有效提高。(3)针对全双工无线携能蜂窝通信系统,提出了一种最大化系统和速率的波束成形联合优化算法,其中在上行链路,基站采用MMSE-SIC接收机同时抑制多用户干扰、自干扰及背景噪声。由于所构造的优化问题非凸,首先采用半定松弛线性化非凸约束,然后结合DC规划重构和SCA迭代算法,进而求解次最优的信息及能量波束赋形矢量。仿真结果表明,采用MMSE-SIC接收机相比采用迫零接收实现了显著的系统和速率增益,有效改善了系统的数据速率。
[Abstract]:Along with the explosive growth of the number of wireless value-added business and user terminal, wireless communication system is facing the lack of spectrum resources and energy consumption of double pressure, as the alternative technology of 5G specification, and full duplex wireless technology can bring is expected to alleviate the pressure: on the one hand, full duplex technology can realize the terminal equipment at the same time with a band to send / receive data; on the other hand, wireless technology can complete the information exchange in the articles at the same time, to achieve the effective transfer of wireless energy; therefore the wireless technology can bring in full duplex synchronous communication system, improve the system spectrum efficiency and energy sustainability. This paper aims to study the full duplex wireless communication can bring the scene under the joint optimization of beamforming criterion based on different optimization objectives, the main innovations are as follows: (1) for multi-user full duplex cellular communication network, presents a system based on The joint optimization of minimum power consumption and energy harvesting. The largest binocular standard scheme using zero forcing eliminating uplink multi-user interference in the downlink, in order to realize the effective transmission of information and energy, full duplex base station respectively with information beamforming and beam energy wave shaped to provide communication services for users. In view of the power problem the non convex problem will be transformed into convex optimization problems via semidefinite relaxation. The simulation results show that the proposed scheme is compared to the traditional scheme can save a lot of power, so as to effectively improve the power efficiency of the system. (2) for full duplex wireless communication system can carry, designed a beamforming system based on rate and maximizing the joint optimization strategy. The strategy is to maximize the system and rate as the goal, considering the uplink / transmit power and energy harvesting constraints to construct the optimization model of downlink The coupling between variables. The optimization problem is non convex problem in rate, using non convex semidefinite relaxation and first-order Taylor approximation method to overcome the problem, and then combined with the information of the beamforming vector and energy beamforming vector iterative algorithm based on successive convex approximation are solved optimal. The simulation results show that the proposed compared to traditional schemes with better performance, can effectively improve the system and speed. (3) according to the articles of full duplex wireless cellular communication system, put forward a maximum beam system and the rate of forming joint optimization algorithm, which in the uplink, the base station using MMSE-SIC receiver while suppressing multi-user interference, self interference and background because of noise. The optimization problem is non convex, the linear semidefinite relaxation of non convex constraints, and then combined with the DC planning and reconstruction of SCA iterative algorithm, thus solving the optimal information and The simulation results show that the MMSE-SIC receiver achieves significant system and rate gain compared with zero forcing reception, and effectively improves the data rate of the system.
【学位授予单位】:华侨大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN929.5
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,本文编号:1401006
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