宽带集群系统群组场景下行链路波束赋形算法研究

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1、硕士学位论文宽带集群系统群组场景下行链路波束赋形算法研究RESEARCHONBEAMFORMINGALGORITHMFORGROUPSCENARIOINBROADBANDTRUNKINGSYSTEMDOWNLINK王勇哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TN929.5学校代码：10213国际图书分类号：621.396密级：公开工程硕士学位论文宽带集群系统群组场景下行链路波束赋形算法研究硕士研究生：王勇导师：张成文申请学位：工程硕士学科：电子与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Clas

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

3、ationEngineeringAffiliation:SchoolofElectronicsandInformationTechnologyDateofDefence:July,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology：哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要集群通信系统作为专用移动通信系统，其近年来在理论研究及技术应用等方面的发展明显落后。现有的窄带数字集群系统已经不能满足各行业对宽带多媒体业务的需求。因此，将公网中的长期演进技术与数字集群系统相融合，就成为数字集群

4、系统发展的一条必由之路。公网长期演进系统下行链路中，多个用户共享同一时频域资源传输不同信息，必将引起多用户间的共道干扰。因此，公网系统下行链路波束赋形的主要目的就是在消除多用户共道干扰的基础上，提高频谱效率。而在宽带集群系统区别于公网所特有的群组场景中，群组内多个用户在下行链路共享同一时频域资源传输相同信息，不存在共道干扰。但是，目前宽带集群系统在群组场景下行链路中仅采用全向广播覆盖，而没有利用群组用户的信道状态信息。因此，本文针对宽带集群系统群组场景，研究利用信道状态信息的多播波束赋形算法，以提高系统的能量利用效率、改善群组用户的公平性问题及

5、基于优先级的服务质量（QoS）保障等性能。本文主要研究基于保障群组内每个用户QoS的多播波束赋形设计方法。由于接收端信噪比决定了系统可获得的最大传输速率及误码概率，因此，接收端信噪比是表征用户QoS的有效手段之一。本文重点研究宽带集群系统在给定群组内每个用户相同接收端信噪比约束条件下，以最小化基站端发射功率为优化目标的最小化发射功率多播波束赋形算法；以及为了保障群组用户的公平性，在给定基站端发射功率约束的条件下，以最大化群组内所有用户中最小的接收端信噪比为优化目标的最大最小公平性多播波束赋形算法。这两种算法的优化问题均为NP-hard，本文采用

6、半定松弛（SDR）方法，放弃原有优化问题中的某一约束条件，转化为半定规划（SDP）问题来求得近似解。当群组内用户数量较少时，所求得的近似解非常接近最优解。在群组内用户信道状态条件相差较大时，由于没有考虑公平性问题，而是按照信道状态条件最差的用户进行QoS保障，最小化发射功率算法的性能要差于最大最小公平性算法。基于集群系统用户可以具有不同QoS需求这一特点，在研究以上两种算法的基础之上，本文提出基于优先级的多播波束赋形算法，以满足群组用户的不同QoS需求。仿真结果表明：即使群组内某个用户信道状态条件较差，但通过所提算法赋予较高优先级之后，仍能获得

7、较高的QoS。最后，本文通过仿真验证了不完善信道状态信息对系统性能的影响。仿真结果表明，随着信道估计误差的增大，若要满足原有优化问题中的约束条件，则必须要逐渐提高基站端的发射功率。关键词：宽带集群系统；群组场景；多播波束赋形；半定松弛I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractAsthespecializedmobilecommunicationsystem,thedevelopmentoftheoryresearchandtechnologyapplicationintrunkingcommunicationsystemhasbeenob

8、viouslyfarbehind.Thepresentnarrowbanddigitaltrunkingcommunicationsystemisno