无线通信中多点协作传输技术的研究

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1、隶、初．夫．磐博士学位论文无线通信中的多点协作传输技术研究专业名称：信息与通信工程研究生姓名：何世文导师姓名：杨绿溪教授本论文获国家自然科学基金(60902012，61071113，61201176，61271018)，教育部新世纪人才计划项目(NCET-1l-0088)和江苏省自然科学基金(BK2011597)资助课题。RESEARCHONTHETRANSMISSIONTECHNOLOGIES0FMULTIPLEPOINTCOOPERATIONFORWIRELESSCOMMUNICATIONADissertationsubmittedtoSoutheastUniversityFor幽(：A

2、cademicDegreeofDoctorofEngineeringBYHEShiwenSupervisedby：Prof．YANGLuxiSchoolofInformationScienceandEngineeringSoutheastUniversityAugust4，2013东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明

3、确的说明并表示了谢意。研究生签名：自堡垒一目期：翌丛匿丝东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：牲导师签名：燧日期：丝Ij。窒：生摘要无线通信系统的干扰信号主要来自两方面：一是由于小区内空间复用引起的小区内用户问或者数据漉问1二扰；二是为了满足日益增加的数据业务需要而不断缩小小区覆盖范

4、围而引起的小区间干扰。’套吏卜，小区问于扰协调已成为未来无线通信系统的关键问题之一。特别是，基站问协同发送下行链跺数据可以湿著提升通信系统性能，尤其是对小区边缘用户性能提升更加明显。因此，本文以多点协作通信系统模型为研究对象，联合利用凸优化理论、非线性规划理论和矩阵分析理论提出了一些水解不同优化目标函数的多点协作算法：主要工作如下：·针对尊、总基站功率约束的多点协同下行链路传输系统，研究了最大化最小用户速率的上／下行链路闸的对偶关系。基于对偶关系提出了求解虚拟上行链路最大最小化用户速率优化问题的交簖迭代优化波束成形算法；同时，给出了所提算法的收敛性证明。利用该算法中优化波束的特}il{，进而

5、提出了一种基于有限信息交换的分布式协同用户调度算法。仿真结果表明，相比已有的多小区下行协同波柬成彤算法，所提算法在最差用户速率性能以及能效归一化速率性能(RatePerEnergy)指标方面都具有明显优势。·针对单、总功率约束的多点琊作多输入单输出下行链路系统，研究了系统和速率最大化优化问题。阿先利用上／下行链路对偶理论和凸近函数近似方法，将总功率约束的系统和最大化优化问题转化成近似加权逆信于噪比之和最小化优化问题；其次在给定波束矢量条件下利用几何规划优化力‘法优化发射功率；然后提出了一种复杂度低且有效的交替迭代多点协作波束成形和功率分配算法。最后，利用凸近函数近似方法进一步研究了单基站功率

6、约束系统和速率最大化优化问题，并提}i{两种低复杂度迭代优化算法。相比于现有多点协作波束成形和功率分配算法，所提算法所需计算复杂度低、收敛速率快；而且所提算法所获得的最优解非常逼近穷举法的最优解；数值仿真结果也验证了所提算法的有效性。·针对多小区多用户多输入单输出能效传输系统，研究了能效协同波束成形和功率分配优化问题。首先，将功率分配和波束成形问题描述成考虑基站的链路功耗的非凸分数形式的优化问题；然后，利用分数规划方法把所需优化的问题转化成两个函数相减的形式，进而设计出一种迭代优化求解算法；在每一次迭代求解中，提出了一种求解功率分配和波束成形的次优算法。最后，利用浮点运算理论和单调序列定理分

7、析证明了所提算法的复杂度及收敛性。同时，数值仿真验证了所提算法的有效性，仿真表明：在低发射功率时，实现和速率最大化的算法同时也能实现能效最优；但在高发射功率时，实现和速率最大化的算法则不～定是实现能效最优。·针对异构协作传输系统的网络能效优化问题，首次提出了一种每小区能效准则和相应的能效准则建立的能效优化问题。为了有效求解分数加权和形式的能效优化问题，首先将用户速率转换成多项式形式优化问题，然后把分数加权和能