寬帶集群系統(tǒng)群組場(chǎng)景下行鏈路波束賦形算法研究

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1、碩士學(xué)位論文寬帶集群系統(tǒng)群組場(chǎng)景下行鏈路波束賦形算法研究RESEARCHONBEAMFORMINGALGORITHMFORGROUPSCENARIOINBROADBANDTRUNKINGSYSTEMDOWNLINK王勇哈爾濱工業(yè)大學(xué)2015年6月國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：TN929.5學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：621.396密級(jí)：公開(kāi)工程碩士學(xué)位論文寬帶集群系統(tǒng)群組場(chǎng)景下行鏈路波束賦形算法研究碩士研究生：王勇導(dǎo)師：張成文申請(qǐng)學(xué)位：工程碩士學(xué)科：電子與通信工程所在單位：電子與信息工程學(xué)院答辯日期：2015年7月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)Clas

2、sifiedIndex:TN929.5U.D.C.:621.396DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONBEAMFORMINGALGORITHMFORGROUPSCENARIOINBROADBANDTRUNKINGSYSTEMDOWNLINKCandidate:WangYongSupervisor:ZhangChengwenAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ElectronicsandCommunic

3、ationEngineeringAffiliation:SchoolofElectronicsandInformationTechnologyDateofDefence:July,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology：哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文摘要集群通信系統(tǒng)作為專(zhuān)用移動(dòng)通信系統(tǒng)，其近年來(lái)在理論研究及技術(shù)應(yīng)用等方面的發(fā)展明顯落后。現(xiàn)有的窄帶數(shù)字集群系統(tǒng)已經(jīng)不能滿(mǎn)足各行業(yè)對(duì)寬帶多媒體業(yè)務(wù)的需求。因此，將公網(wǎng)中的長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)與數(shù)字集群系統(tǒng)相融合，就成為數(shù)字集群

4、系統(tǒng)發(fā)展的一條必由之路。公網(wǎng)長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)下行鏈路中，多個(gè)用戶(hù)共享同一時(shí)頻域資源傳輸不同信息，必將引起多用戶(hù)間的共道干擾。因此，公網(wǎng)系統(tǒng)下行鏈路波束賦形的主要目的就是在消除多用戶(hù)共道干擾的基礎(chǔ)上，提高頻譜效率。而在寬帶集群系統(tǒng)區(qū)別于公網(wǎng)所特有的群組場(chǎng)景中，群組內(nèi)多個(gè)用戶(hù)在下行鏈路共享同一時(shí)頻域資源傳輸相同信息，不存在共道干擾。但是，目前寬帶集群系統(tǒng)在群組場(chǎng)景下行鏈路中僅采用全向廣播覆蓋，而沒(méi)有利用群組用戶(hù)的信道狀態(tài)信息。因此，本文針對(duì)寬帶集群系統(tǒng)群組場(chǎng)景，研究利用信道狀態(tài)信息的多播波束賦形算法，以提高系統(tǒng)的能量利用效率、改善群組用戶(hù)的公平性問(wèn)題及

5、基于優(yōu)先級(jí)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障等性能。本文主要研究基于保障群組內(nèi)每個(gè)用戶(hù)QoS的多播波束賦形設(shè)計(jì)方法。由于接收端信噪比決定了系統(tǒng)可獲得的最大傳輸速率及誤碼概率，因此，接收端信噪比是表征用戶(hù)QoS的有效手段之一。本文重點(diǎn)研究寬帶集群系統(tǒng)在給定群組內(nèi)每個(gè)用戶(hù)相同接收端信噪比約束條件下，以最小化基站端發(fā)射功率為優(yōu)化目標(biāo)的最小化發(fā)射功率多播波束賦形算法；以及為了保障群組用戶(hù)的公平性，在給定基站端發(fā)射功率約束的條件下，以最大化群組內(nèi)所有用戶(hù)中最小的接收端信噪比為優(yōu)化目標(biāo)的最大最小公平性多播波束賦形算法。這兩種算法的優(yōu)化問(wèn)題均為NP-hard，本文采用

6、半定松弛（SDR）方法，放棄原有優(yōu)化問(wèn)題中的某一約束條件，轉(zhuǎn)化為半定規(guī)劃（SDP）問(wèn)題來(lái)求得近似解。當(dāng)群組內(nèi)用戶(hù)數(shù)量較少時(shí)，所求得的近似解非常接近最優(yōu)解。在群組內(nèi)用戶(hù)信道狀態(tài)條件相差較大時(shí)，由于沒(méi)有考慮公平性問(wèn)題，而是按照信道狀態(tài)條件最差的用戶(hù)進(jìn)行QoS保障，最小化發(fā)射功率算法的性能要差于最大最小公平性算法?；诩合到y(tǒng)用戶(hù)可以具有不同QoS需求這一特點(diǎn)，在研究以上兩種算法的基礎(chǔ)之上，本文提出基于優(yōu)先級(jí)的多播波束賦形算法，以滿(mǎn)足群組用戶(hù)的不同QoS需求。仿真結(jié)果表明：即使群組內(nèi)某個(gè)用戶(hù)信道狀態(tài)條件較差，但通過(guò)所提算法賦予較高優(yōu)先級(jí)之后，仍能獲得

7、較高的QoS。最后，本文通過(guò)仿真驗(yàn)證了不完善信道狀態(tài)信息對(duì)系統(tǒng)性能的影響。仿真結(jié)果表明，隨著信道估計(jì)誤差的增大，若要滿(mǎn)足原有優(yōu)化問(wèn)題中的約束條件，則必須要逐漸提高基站端的發(fā)射功率。關(guān)鍵詞：寬帶集群系統(tǒng)；群組場(chǎng)景；多播波束賦形；半定松弛I哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文AbstractAsthespecializedmobilecommunicationsystem,thedevelopmentoftheoryresearchandtechnologyapplicationintrunkingcommunicationsystemhasbeenob

8、viouslyfarbehind.Thepresentnarrowbanddigitaltrunkingcommunicationsystemisno