物理层多播波束赋形技术研究

发布时间：2021-04-26 01:07

　　近年来,全球移动数据业务量呈爆炸式增长,并且移动通信网络承载的主要业务类型也逐渐由传统的“互联互通”业务向“内容分发”业务转变。物理层多播是一种高效的点到多点的内容分发技术,正受到学术界和工业界的广泛关注。基于多天线的波束赋形技术可以利用发送端已知的信道状态信息,为每个待传信号设计相应的波束赋形向量,有效地提高接收端信号的信干噪比,从而提升物理层多播传输的频谱效率和能量效率。然而,现有的面向多播的波束赋形技术在总体上还远不如传统面向单播的波束赋形技术成熟。具体来说,多播波束赋形设计问题通常是NP困难问题,已有的启发式算法计算复杂度普遍较高,可扩展性差;现有的3GPP多播标准（e MBMS）采用单频网技术传输多播业务,需要专用的时频资源块,使得系统总体频谱效率低,灵活性差。此外,作为一种物理层共性技术,多播传输目前仅限于传统蜂窝网络下的多媒体广播多播业务,其在未来新型无线网络架构,如无线缓存网络、无线自回传网络下的巨大潜能尚未充分挖掘。本文旨在研究物理层多播波束赋形技术的高效算法设计,并探索其在新型无线网络架构下的应用拓展。主要研究成果如下:1.针对现有多播波束赋形算法复杂度高、可扩展性... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：158 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状及面临的挑战
        1.2.1 多播波束赋形算法
        1.2.2 多播和单播混合传输
        1.2.3 多播与无线缓存
        1.2.4 多播与无线自回传
    1.3 主要内容和结构安排
        1.3.1 主要内容和创新点
        1.3.2 结构安排
第二章 高性能低复杂度的多播波束赋形设计
    2.1 引言
    2.2 系统模型与问题建模
    2.3 基于SDR的多播波束赋形算法
    2.4 QoS问题的快速算法
        2.4.1 基于CCP的多播波束赋形算法
        2.4.2 CCP子问题的ADMM算法
        2.4.3 CCP算法的初始化
    2.5 MMF问题的快速算法
        2.5.1 MMF问题的对偶
        2.5.2 对偶问题的ADMM算法
        2.5.3 算法在效用最大化问题中的扩展
    2.6 仿真结果
        2.6.1 算法的收敛性
        2.6.2 算法的性能与复杂度比较
    2.7 本章小结
第三章 非正交的多播和单播混合传输设计
    3.1 引言
    3.2 系统模型与问题建模
        3.2.1 系统模型
        3.2.2 问题建模
    3.3 基于BB的最优算法
        3.3.1 BB概述
        3.3.2 凸松弛
        3.3.3 BB算法
        3.3.4 收敛性和复杂度分析
    3.4 基于CCP的低复杂度算法
        3.4.1 稀疏波束赋形问题建模
        3.4.2 DC转换
        3.4.3 CCP算法
        3.4.4 收敛性和复杂度分析
    3.5 仿真结果
        3.5.1 算法的收敛性
        3.5.2 算法的有效性
        3.5.3 与正交方案的性能比较
    3.6 本章小结
第四章 基于多播和缓存的内容中心传输设计
    4.1 引言
    4.2 系统模型与假设
        4.2.1 网络模型
        4.2.2 缓存模型
        4.2.3 网络开销模型
    4.3 问题建模与分析
        4.3.1 联合基站分簇与多播波束赋形
        4.3.2 稀疏多播波束赋形
    4.4 基于CCP的稀疏多播波束赋形设计
        4.4.1 平滑函数近似
        4.4.2 CCP算法
    4.5 仿真结果
        4.5.1 不同平滑函数的比较
        4.5.2 不同缓存策略的比较
        4.5.3 多播和单播的比较
        4.5.4 平滑函数近似的有效性
    4.6 本章小结
第五章 基于多播的联合接入与回传设计
    5.1 引言
    5.2 系统模型
        5.2.1 网络模型
        5.2.2 信号模型
    5.3 已知全局CSI的联合接入与回传设计
        5.3.1 问题建模
        5.3.2 基于SLBM的联合接入-回传波束赋形设计
        5.3.3 基于迭代链路消除的小基站分簇
    5.4 已知部分CSI的联合接入与回传设计
        5.4.1 信道假设与问题建模
        5.4.2 基于随机SLBM的联合接入-回传波束赋形设计
        5.4.3 基于确定性近似的低复杂度算法
    5.5 仿真结果
        5.5.1 算法的收敛性
        5.5.2 全局CSI已知场景下算法的有效性
        5.5.3 部分CSI已知场景下算法的有效性
    5.6 本章小结
第六章 全文总结及研究展望
    6.1 主要结论和贡献
    6.2 未来研究展望
附录A 问题（2-25）的求解
附录B 问题（2-37）的求解
附录C 引理2.1的证明
附录D 引理3.3的证明
附录E 引理3.4的证明
附录F 命题4.1的证明
附录G 本文优化算法简介
    G.1 DC规划与CCP算法
        G.1.1 DC规划
        G.1.2 CCP算法
    G.2 ADMM算法
    G.3 BB算法
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文和研究成果
攻读学位期间参与的项目



本文编号：3160435