下行多用戶MIMO系統(tǒng)預(yù)編碼和功率分配的聯(lián)合優(yōu)化研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對各種無線通信業(yè)務(wù)的需求越來越豐富，通信系統(tǒng)在提升這些性能的同時要降低系統(tǒng)能量損耗，使能符合綠色通信的理念。系統(tǒng)的能量效率綜合考慮了系統(tǒng)的傳輸性能和能量損耗，是目前通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)，也成為綠色通信的重點研究內(nèi)容。而現(xiàn)有綠色通信的研究中，一般假設(shè)系統(tǒng)發(fā)射獲得的信道狀態(tài)信息（Channel State Information，CSI）是完全理想的。對多輸入多輸出（Multiple Inp

2、ut Multiple Output，MIMO）系統(tǒng)的研究，也多以傳輸速率、總均方誤差（Mean Square Error， MSE）、信干噪比（Signal to Interference plus Noise Ratio， SINR）等作為系統(tǒng)性能的衡量準(zhǔn)則。這樣的系統(tǒng)模型設(shè)定主要問題沒有考慮到實際系統(tǒng)無法獲得理想的CSI，而且所采用的臟紙預(yù)編碼復(fù)雜度過高，迫零預(yù)編碼在信噪比較低條件下性能過差。因此本文將基于上述現(xiàn)狀展開分析研究，考

3、慮發(fā)射端無法獲得完全理想的CSI的情況下，以系統(tǒng)能量效率最大化為優(yōu)化目標(biāo)，聯(lián)合優(yōu)化預(yù)編碼矩陣和功率分配算法，有效提升系統(tǒng)性能。
　　本研究通過建立一定信道估計誤差模型來考慮發(fā)射端所獲得的CSI的準(zhǔn)確程度對預(yù)編碼矩陣設(shè)計的影響，然后在最大化系統(tǒng)能量效率的優(yōu)化問題中設(shè)定相應(yīng)功率約束條件，同時優(yōu)化系統(tǒng)總功率的分配比，最后利用凸優(yōu)化理論的相關(guān)知識求解優(yōu)化問題。先以下行多小區(qū)多用戶MIMO系統(tǒng)為模型，進(jìn)行了以系統(tǒng)能量效率最大化為優(yōu)化目標(biāo)的研

4、究，設(shè)計了預(yù)編碼方案和功率分配的聯(lián)合優(yōu)化算法。本文采用的系統(tǒng)模型中假設(shè)所有的基站與用戶都配置多個天線，并且發(fā)射端無法獲得理想的CSI，并建立相應(yīng)信道估計誤差模型，給出初始的優(yōu)化函數(shù)的表達(dá)式。對優(yōu)化問題做相關(guān)分析后提出基于樣本平均近似和基于用戶速率下界化兩種算法求解。由于初始的優(yōu)化函數(shù)不滿足凸性與線性條件，本文提出的第一個優(yōu)化算法將采用Dinkelbach方法將目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)換成線性函數(shù)的形式。然后再利用加權(quán)均方誤差最小化方法將和速率最大化問

5、題替換為等價的均方誤差最小化問題。最后利用樣本平均近似算法將初始優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為可求解的表達(dá)式?？紤]到樣本平均近似算法的求解復(fù)雜度，在Dinkelbach方法和加權(quán)均方誤差最小化方法的基礎(chǔ)上又提出了基于用戶速率下界化算法。最后利用Matlab仿真分析，對基于樣本平均近似和基于用戶速率下界化兩種算法分別進(jìn)行性能驗證。根據(jù)仿真結(jié)果得到，本文研究的魯棒性聯(lián)合優(yōu)化算法與單變量優(yōu)化方法和非魯棒性聯(lián)合優(yōu)化方法比較，對系統(tǒng)能量效率都有一定程度的提升，是

6、一種有效的求解方案。針對下行多用戶MIMO中繼系統(tǒng)模型，假設(shè)發(fā)射端無法得到完全理想的CSI，以最大化系統(tǒng)的能量效率為優(yōu)化目標(biāo)，再加以一定的功率約束條件，聯(lián)合優(yōu)化發(fā)射端預(yù)編碼矩陣、中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)預(yù)編碼矩陣及系統(tǒng)功率分配比。采用的系統(tǒng)模型中，中繼節(jié)點工作在半雙工通信模式，并且忽略發(fā)射端與接收端之間的直連鏈路，即接收端用戶收到的數(shù)據(jù)只來自中繼節(jié)點，保證了系統(tǒng)的總發(fā)射功率分別分配給訓(xùn)練序列用作信道估計、給發(fā)射端用于發(fā)送數(shù)據(jù)信號和分配給中繼節(jié)點用于