检索结果-南通市图书馆

功率域NOMA系统频谱效率和能量效率的联合优化的研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

功率域NOMA系统频谱效率和能量效率的联合优化的研究

作者：左艳哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

第五代移动通信即将来临,要求数据速率提高100000倍,设备连接数提高1000倍,对频谱效率和能量效率提出了更高的要求。由于非正交多址技术(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)可以极大提高频谱效率,因此成为了下一代移动通信候选方案... 详细信息

第五代移动通信即将来临,要求数据速率提高100000倍,设备连接数提高1000倍,对频谱效率和能量效率提出了更高的要求。由于非正交多址技术(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)可以极大提高频谱效率,因此成为了下一代移动通信候选方案之一。但是数据量的急剧增长,也导致了极大的能量消耗。因此,绿色通信也是未来研究的重要趋势之一。基于以上研究背景,针对功率域NOMA系统,本文先从能量效率最优的角度,研究了无线资源分配。然而单一的能量效率优化难以综合考虑通信系统需求,因此本文进一步研究了功率域NOMA能量效率和频谱效率的联合优化问题。在功率域NOMA系统能量效率研究中,本文给出了能量效率优化的数学模型。为了求解该混合优化问题,本文将其分解为用户分配问题和功率分配两个子问题。在基站功率受限的情况下,本文提出了低复杂度的用户选择方法和基于梯度下降法的迭代功率分配方案,以最大化系统能量效率。仿真结果证明,相比正交频分多址(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access,OFDMA),所提出的资源分配算法显著提高了系统的能量效率。考虑传输功率限制和最小速率限制,本文研究了功率域NOMA系统的能量效率和频谱效率的联合优化问题。首先分析了功率域NOMA通信系统中能量效率和频谱效率的关系,并且从理论上推导出了单载波情况下,能量效率达到最优时的频谱效率的闭合表达式。当频谱效率和能量效率无法同时达到最优的时,本文提出了多目标优化框架。利用加权和方法,可以将两个彼此竞争的性能指标转化为单目标优化问题。根据不同的通信需求,可以选择不同的权重联合优化频谱效率和能量效率。本文从理论上证明,功率域NOMA系统的性能和用户增益大小有关,因此提出了一种低复杂度的基于信道增益的分组用户选择算法。当给定用户选择方案后,功率分配问题是拟凹问题,本文提出了一种迭代的两层的功率优化方法:内层使用拉格朗日法分配用户间功率,外层结合二分法搜索最优传输总功率。仿真结果证明所提的资源分配方法可以灵活切换在频谱效率优化和能量效率优化场景,提出的低复杂度算法收敛速度快,并且系统的性能与穷举搜索的最优解较接近。

关键词：非正交多址多载波频谱效率能量效率资源分配

5G异构小蜂窝网络中频谱效率和能量效率的优化研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

5G异构小蜂窝网络中频谱效率和能量效率的优化研究

作者：李泽贤湖南大学

学位级别：硕士

最近几年,移动数据和流量出现了爆炸式增长,传统的蜂窝网络已经越来越难以满足人们对于高数据速率的需要。作为5G的关键技术之一,异构小蜂窝网络能够显著的提高网络的吞吐量,增大网络的覆盖率,同时增强用户的服务质量和体验质量。本文... 详细信息

最近几年,移动数据和流量出现了爆炸式增长,传统的蜂窝网络已经越来越难以满足人们对于高数据速率的需要。作为5G的关键技术之一,异构小蜂窝网络能够显著的提高网络的吞吐量,增大网络的覆盖率,同时增强用户的服务质量和体验质量。本文研究了异构小蜂窝网络下的频谱效率和能量效率优化,具体内容如下:1、研究面向IoT的异构小蜂窝网络的能量优化问题。异构小蜂窝网络给移动用户和IoT节点提供无线连接和覆盖,然而,大量基站的运行也同时带来了电力消耗。为了降低网络的能量消耗,本文针对Macro-pico-femto组成的三层异构模型,提出了一个统一实施能量节约和能量收集的方案从而在异构物联网网络内提高网络的能量效率,具体来说,从基站端提出了一个基于弹性机制的的蜂窝缩放算法来动态的调整小蜂窝的发射功率,并提出启发式贪心算法来解决小蜂窝的缩放问题;从用户端在物联网簇头上采取功率分配模式进行能量收集去延长物联网网络的寿命,并提出了一个SWIPT-CH选择算法来最大化网络的平均剩余能量和减少簇头和簇成员的资源竞争。仿真结果证明了该方案和传统方案相比能减少17%的能量消耗,并显著提高网络的效用性能。2、研究基于EH-D2D通信的频谱效率优化问题。终端直通通信技术能够显著的降低网络的负载压力,提高网络的吞吐量和频谱效率。本文将D2D通信和异构小蜂窝网络技术进行融合,以降低网络的中断率和提高网络的吞吐量。提出一个频谱分裂因子,将宏蜂窝用户分为宏蜂窝中心用户和宏蜂窝边缘用户,对于边缘用户优先使用D2D通信以改善其服务质量,并提出了基于频谱效率优先的启发式算法来优化网络的频谱资源分配,同时将D2D通信技术和能量收集结合起来来降低网络能量消耗,仿真结果证明了该算法相比较于不使用D2D通信的异构网络具有更好的效用性能,并在满足一定覆盖率的情形下能显著的提高网络的频谱效率。

关键词：异构小蜂窝网络蜂窝缩放能量收集频谱效率能量效率

认知无线电中基于能量效率和频谱效率的资源分配

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

认知无线电中基于能量效率和频谱效率的资源分配

作者：梁爽郑州大学

学位级别：硕士

近年来,随着无线通信的快速发展,人们对高速率无线业务的需求越来越高。因此无线频谱资源日益短缺,能源消耗也越来越大。认知无线电技术能够很好地解决频谱利用率低的问题。在认知无线电网络中,次用户能够很好地感知周围环境并改变工作... 详细信息

近年来,随着无线通信的快速发展,人们对高速率无线业务的需求越来越高。因此无线频谱资源日益短缺,能源消耗也越来越大。认知无线电技术能够很好地解决频谱利用率低的问题。在认知无线电网络中,次用户能够很好地感知周围环境并改变工作参数,从而自适应地接入频谱。同时协作通信技术的出现满足了用户对高速率业务的需求,它通过协作分集技术提高了系统的容量。未来的无线通信不仅要考虑频谱资源利用率低的问题,还要强调能量效率的绿色无线电。鉴于此,本文针对认知无线电中的频谱效率以及能量效率做了相关研究,具体内容包括:1、针对认知无线电网络,研究了基于OFDM非完美频谱感知下能量效率的资源分配。为了不将功率浪费在错误检测,通过定义一个速率损失函数引入了一个新的能效模型,优化该能效的表达式可以节省宝贵的资源,例如电池寿命等,使该能效比传统能效的增益大。在优化中对所有的子信道都进行功率约束,有两种对主用户的干扰容限:峰值干扰功率约束以及平均干扰功率约束,通过比较两种功率约束来衡量能效的性能。经过计算验证了能效和传输功率是拟凹的关系,提出了一种优化的能效资源分配算法。仿真结果表明,新的算法比传统的算法提高了能效,并且在一定的干扰功率下,基于平均干扰功率约束的能效比基于峰值干扰功率约束的能效大。2、针对认知无线电中的双向中继网络,研究了基于OFDM非完美频谱感知下频谱效率的资源分配问题。考虑了两种接入机制:机会式的频谱接入以及共享式的频谱接入。与传统的基于认知的双向中继资源分配方法不同的是,所提的算法联合优化感知时间和发射功率,从而最大化次级系统的吞吐量。在频谱感知阶段,次级系统的两个用户和中继用户联合感知主用户的存在状态,确保了感知结果的准确性。在数据传输阶段,为了有效地保护主用户,每个阶段都考虑平均干扰功率约束以及次级系统总的功率约束,在这些约束条件下,求得最优的感知时间和功率分配。最后仿真比较了两种接入机制的性能,验证了所提算法的有效性。

关键词：认知无线电 OFDM 协作通信非完美频谱感知能量效率频谱效率

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于频谱效率优化的C-HARQ协议研究

基于频谱效率优化的C-HARQ协议研究

作者：刘少智湖南大学

学位级别：硕士

当前,由于多媒体、宽带Internet等高速率移动数据传输业务的快速增加,对高数据率无线接入的需求也以同样的速度在增长。在移动通信环境下,高速通信主要面临两方面的挑战。其一,移动通信系统可用的频谱资源是有限的,如何充分提高频谱资... 详细信息

当前,由于多媒体、宽带Internet等高速率移动数据传输业务的快速增加,对高数据率无线接入的需求也以同样的速度在增长。在移动通信环境下,高速通信主要面临两方面的挑战。其一,移动通信系统可用的频谱资源是有限的,如何充分提高频谱资源的使用效率是个亟待解决的问题。其二,在高速移动环境中,信道遭遇的衰落和干扰更为严峻。怎样克服衰落的影响,提高接收信号的传输质量,同样是一个难题。近年来,在无线通信研究中的一个最新成就是多输入多输出方法（MIMO）,其可以在不占用额外频率和时间资源的情况下有效的提高通信系统的频谱利用率和容量,大幅改善网络性能和服务质量。但是移动终端由于受尺寸等方面的限制,不可能在一个终端上安装多个天线。因此人们提出了协作分集这样一种全新的实现空间分集的方法。在协作分集系统中,协作终端以重复编码出现,未能有效利用频谱。如何在获得协作分集增益的同时提高系统的频谱效率,成为协作分集系统设计的研究重点。本文首先对协作分集各种实现策略进行了深入细致的研究;然后阐述了协作分集带来的降低系统频谱利用率问题,并给出了两用户的放大转发（AF）协作系统香农容量。论文主体部分基于跨层设计的思想,以优化协作分集系统频谱效率为目标,将物理层AMC技术和链路层混合自动重传（HARQ）协议应用于协作分集系统进行联合优化设计,提出一种改进的C-HARQ协议。理论分析和仿真结果表明,本文所提方案不但能改善协议的实用性、相对降低系统的复杂度,在中低信噪比条件下还能很好地改进系统的性能。这是因为它利用了协作分集系统中协作信道状态信息,占用了更多系统资源。另一方面,频谱效率的改善还取决于协作用户能正确的接收信源节点的信息分组,所以我们应该尽量选取信道条件较好的节点来进行协作。

关键词：协作分集自适应调制与编码混合自动重传请求频谱效率

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

多波长OCDMA系统频谱效率的改善

光学技术 2004年第5期30卷 561-563页

作者：吉建华徐铭张志朋杨淑雯深圳大学信息工程学院新技术研究中心深圳518060

分析了色散效应对多波长OCDMA系统频谱效率的影响。在相同的扩频因子条件下,色散效应将降低多波长OCDMA系统的频谱效率峰值,同时达到频谱效率峰值的波长信道数也将相应减少。提出了将前向纠错码用于改善多波长OCDMA系统的频谱效率,分析... 详细信息

分析了色散效应对多波长OCDMA系统频谱效率的影响。在相同的扩频因子条件下,色散效应将降低多波长OCDMA系统的频谱效率峰值,同时达到频谱效率峰值的波长信道数也将相应减少。提出了将前向纠错码用于改善多波长OCDMA系统的频谱效率,分析结果表明,该方案将有效改善多波长OCDMA系统的频谱效率,特别是频谱效率峰值将明显提高。

关键词：多波长光码分多址色散效应频谱效率误码率前向纠错码

去蜂窝大规模MIMO系统频谱效率和能量效率的研究

维普期刊数据库

同方期刊数据库评论

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

去蜂窝大规模MIMO系统频谱效率和能量效率的研究

作者：王晓桃南京邮电大学

学位级别：硕士

随着移动通信的高速发展,系统频谱效率(Spectral Efficiency,SE)和能量效率(Energy Efficiency,EE)是5G(5th Generation Mobile Commumcation System,5G)通信系统设计的关键性能指标。由于频谱资源有限以及高速率容量的需求,SE作为一种传统性能指标早已得到广泛关注研究。此外,无线通信系统日益增加的能耗使得未来无线通信技术将更多以绿色通信为导向研究演进。从提升系统SE和EE两方面看,去蜂窝大规模多输入多输出(Multiple Iutput Multiple Output,MIMO)系统作为分布式大规模天线系统的一个重要分支,凭借其独特优势成为未来移动通信极具潜力的关键技术之一。该系统引入“以用户为中心”的思想,其核心思想为网络中大量分布式无线接入点相互协作,采用时分双工(Time-Division duplex,TDD)模式,在相同的时频资源下服务数量相对更少的用户,并连接负责协调和数据处理的中央处理器(central processing unit,CPU)。与传统蜂窝网络相比,该系统消除了小区边界概念,有效缩短接入点与用户之间的距离,大幅降低路径损耗,避免频繁越区切换的同时有效抑制用户间干扰,具有部署灵活、用户服务质量(quality-of-service,Qo S)均衡和覆盖范围广等优势。然而,该系统的拓展性和性能受到回程容量及干扰影响的限制。本论文结合国内外移动通信发展现状,研究了去蜂窝大规模MIMO系统的频谱效率和能量效率功率分配优化的问题。首先,本文利用完全分布式的信号处理方案即全导频迫零(fullpilot zero-forcing,fp ZF)预编码算法,接入点使用本地获得的信道状态信息(channel state information,CSI),在本地对接收信号执行检测合并和对发射信号进行预编码处理。该算法提供了干扰消除增益,增强所需信号增益,主动抑制用户间干扰,无需在接入点和CPU之间交换瞬时CSI即无需额外的回程链路开销。此外,考虑了瑞利衰落信道模型,信道估计误差、功率控制和导频污染的影响,推导出上下行链路可实现的SE闭式表达式。在每个用户Qo S和功率约束的情况下,建模SE的功率分配优化问题,通过选择最佳功率控制系数使得SE实现最大化。随后建立实际的上下行功耗模型,在获得可达到的系统EE闭式表达式后,建模上下行EE功率分配优化问题。其中提出了一种最佳功率控制算法,该算法旨在通过从数值上优化功率控制系数在满足Qo S约束和功率约束下使得总EE达到最佳性能。最后,我们分析了两种接入点选择策略:基于接收功率的选择和基于最大的大范围衰落的选择,以便于实际实施,且使得fp ZF可扩展实现,对可服务用户的数量没有任何限制,为所有用户提供合理良好的Qo S,仿真结果证明可有效提高系统整体EE。重要的是,我们设计了一种的顺序凸逼近(sequential convex approximation,SCA)算法来全局解决非凸的功率控制优化问题。SCA策略是一种迭代几何规划算法,可以通过求解一系列凸规划来确定该算法。仿真结果表明,提出的SCA算法经过几次迭代即可快速收敛到稳定值,并且性能优于等/全功率传输系统,在改善总和SE和总EE方面具有优越性。

关键词：去蜂窝网络大规模MIMO 频谱效率能量效率功率优化接入点选择

无小区大规模MIMO与D2D通信混合网络频谱效率研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

无小区大规模MIMO与D2D通信混合网络频谱效率研究

作者：彭露瑶西南交通大学

学位级别：硕士

为了满足未来无线网络中不断增长的设备连接及更高服务质量的需求,已经引入了很多相关技术和解决方案。其中,无小区大规模多输入多输出(Multi-input Multi-output,MIMO)和终端直通(Device-to-Device,D2D)技术由于各自的独特优势而受到... 详细信息

为了满足未来无线网络中不断增长的设备连接及更高服务质量的需求,已经引入了很多相关技术和解决方案。其中,无小区大规模多输入多输出(Multi-input Multi-output,MIMO)和终端直通(Device-to-Device,D2D)技术由于各自的独特优势而受到广泛关注。无小区大规模MIMO系统结合了大规模MIMO与分布式天线的优点,又消除了小区及小区边界的概念,在避免越区切换的同时能够有效对抗衰落、抑制干扰,并在一定程度上解决了边缘用户通信质量差的问题,使全区域均匀覆盖并大幅度提高用户通信体验。D2D通信技术通过复用接入网络资源和近距离终端直连可以卸载部分通信流量到D2D链路中,在降低系统传输时延、减小能量消耗、提高网络吞吐量、扩展通信范围等方面具有明显优势。显然,将D2D技术引入到无小区大规模MIMO系统能够进一步提升系统频谱效率和能量效率。然而,在无小区大规模MIMO系统中引入D2D用户将会引起更严重的导频污染和用户间干扰,因此,需要设计合理的优化方案降低干扰、提升系统频谱效率。基于以上分析,本文将D2D通信引入无小区大规模MIMO系统,研究无小区大规模MIMO与D2D通信混合网络的频谱效率问题。首先,本文提出了一个无小区大规模MIMO与D2D通信混合网络的系统模型,并分别推导出了在不完美信道状态信息(Channel State Information,CSI)条件下,无小区用户和D2D用户的上行频谱效率的闭式表达式。为了减小导频开销,本文考虑导频复用的情况,并针对导频复用所带来的导频污染问题,提出了一种贪婪导频分配算法,通过迭代更新频谱效率最小的用户的导频来减小用户间的导频污染,进而提高用户的频谱效率。另外,为了最大化无小区大规模MIMO与D2D通信混合网络中的最小用户频谱效率,本文提出了最大-最小功率优化问题,该问题可看作是一个线性可行性问题,可以通过二分搜索算法进行求解。通过MATLAB进行仿真,仿真结果表明,将D2D通信引入到无小区大规模MIMO系统能显著提高系统的总频谱效率,并且本章提出的导频分配算法与功率控制方案能有效提高系统的最小频谱效率,增强系统公平性。然后,研究了考虑发射端硬件损伤的无小区大规模MIMO与D2D通信混合网络的导频功率控制方案。在实际的通信场景中,用户发射机硬件损伤也是限制通信性能的主要因素之一,本文分析了硬件损伤对信号传输的影响,并推导得到了该场景下无小区用户和D2D用户的上行频谱效率的闭式表达式。然后,针对在上行链路训练阶段中,由于导频重用和发射端硬件损耗造成的信道估计误差问题,本文研究了导频功率控制方案,以减小信道估计误差、提高估计精度为目标,将导频功率控制问题建模为最小-最大导频功率优化问题,即最小化所有用户的信道估计误差归一化均方值(由其大尺度衰落系数归一化)中的最大值,该问题是一个非凸问题,通过二阶泰勒近似法求解。最后通过仿真验证了本文所提方案的有效性,仿真结果表明,本文所提的导频功率控制方案能够有效减小用户的信道估计误差、提升系统最小用户频谱效率。

关键词：无小区大规模MIMO D2D通信频谱效率导频污染功率控制

大规模MIMO系统的频谱效率和导频污染问题研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

大规模MIMO系统的频谱效率和导频污染问题研究

作者：房胜杭州电子科技大学

学位级别：硕士

过去十数年，多输入多输出(MIMO)技术以不增加额外的带宽和功率消耗显著提高无线通信系统的频谱利用率而被广泛地研究。随着智能手机普及，通信系统需要更高的传输速率和可靠性，因此未来通信系统需满足以下要求：(1)在同一时频资源上... 详细信息

过去十数年，多输入多输出(MIMO)技术以不增加额外的带宽和功率消耗显著提高无线通信系统的频谱利用率而被广泛地研究。随着智能手机普及，通信系统需要更高的传输速率和可靠性，因此未来通信系统需满足以下要求：(1)在同一时频资源上服务更多用户;(2)更高的数据速率和通信可靠性;(3)更低的功率消耗。系统服务更多用户会产生更多干扰，从而影响系统可靠性，而更高的数据速率需要较大的功率消耗，以上需求相互矛盾，很难实现。2010年Marzetta提出的大规模MIMO技术由于可以有效抑制小区间干扰，得到了广泛地关注。大规模MIMO技术指基站配备数目庞大的天线(一般100或几百根天线)，移动终端采用单天线接收的通信方式。研究表明，大规模MIMO系统具有同一时频资源上同时服务更多的用户、更高的数据速率以及更低的功率消耗等优点，但在多小区导频复用的情况下，大规模MIMO系统性能主要受限于导频污染问题。因此，本文主要对大规模MIMO系统的频谱效率和导频污染问题进行了研究分析。第一章主要介绍了本课题方向的研究背景、研究现状和存在的问题，及本文的结构安排。第二章主要阐述了大规模MIMO时分双工(TDD)系统的基本模型，并重点分析了大规模MIMO TDD系统产生的导频污染问题及对系统性能的影响。仿真结果表明，导频污染很大程度地限制了大规模MIMO TDD系统的性能。第三章主要研究了单小区环境下大规模MIMO系统下行链路数据传输的频谱效率，推导了理想信道状态以及信道估计状态下数据传输速率公式，并进行简化得到近似解。最后，通过仿真结果验证了理论分析的正确性。由获得的近似解可以分析不同方式下系统的频谱效率，避免了耗时的计算机仿真。第四章主要研究了相关信道下大规模MIMO系统的性能，并分析了不同相关系数对系统性能的影响。仿真结果表明，信道的相关性变大时，大规模MIMO系统的性能有所下降，特别是信道相关性超出一定范围，系统的性能衰减加剧;而信道相关系数小于一定数值时，增加基站的天线数目能较好地提高系统的性能，而大于此数值时，增加天线数目并不能较好提高系统的性能。第五章主要研究了一种新的预编码方案，即导频污染预编码方案，推导出2个小区存在导频污染情况下，采用该算法的系统频谱效率，并分析了大尺度衰落估计误差对系统性能的影响。仿真结果表明，该方案能够很好地解决导频污染对系统性能的抑制，以及大尺度衰落估计误差使得导频污染预编码方案性能变差，限制系统性能进一步提高。第六章为本文结论，并指出了不足以及需进一步研究的方面。

关键词：大规模多输入多输出(MIMO) 频谱效率信道估计导频污染线性预编码

多波束卫星通信系统中能量效率和频谱效率联合优化传输方法设计

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

多波束卫星通信系统中能量效率和频谱效率联合优化传输方法设计

作者：高琳娜东南大学

学位级别：硕士

面向未来移动通信系统的空天地海一体化将卫星通信网络作为地面通信网络的重要补充和延伸,为了提供宽带交互数据传输,卫星目前正在实现多波束辐射模式。全频复用能更有效地利用有限的频谱资源,这也导致了严重的波束间干扰,波束赋形作为... 详细信息

面向未来移动通信系统的空天地海一体化将卫星通信网络作为地面通信网络的重要补充和延伸,为了提供宽带交互数据传输,卫星目前正在实现多波束辐射模式。全频复用能更有效地利用有限的频谱资源,这也导致了严重的波束间干扰,波束赋形作为一种有效地抑制干扰的手段得到了研究者们的广泛关注。此外,对高效节能网络的关注使得能量效率成为卫星通信传输方案设计的重要性能指标。鉴于此,本论文开展多波束卫星通信系统中能量效率和频谱效率联合优化的传输方法研究。首先,研究多波束卫星通信系统中鲁棒的高能量效率多组多播传输。具体来说,考虑了针对两种不同优化目标的波束赋形设计。第一个优化目标是在确保每个多播组能量效率高于预设阈值的约束下最小化总发射功率。为了求解这个问题,首先采用有严密闭式表达式的近似遍历速率函数,然后利用半正定松弛和凹凸过程(CCCP,Concave-Convex Procedure)将凹函数之差(DC,Difference of Concave)规划转化为凸优化问题。最后根据最优解的秩,采用特征值分解或高斯随机化方法生成最终可行的波束赋形矢量。第二个优化目标是在总发射功率约束下最大化最小的多播组能量效率。为了求解非凸的分式规划问题,首先通过半正定松弛近似此优化问题,然后应用二分搜索和CCCP将非凸约束转化为凸约束。最后再次使用特征值分解或高斯随机化方法,得到最终的波束赋形矢量。仿真结果验证了近似遍历速率的准确性,并证明了所提鲁棒算法明显优于传统方法,特别是在大信道相位误差的情况下,性能增益更为显著。其次,研究多波束卫星系统中能量效率和频谱效率权衡的多组多播传输方法。能量效率和频谱效率之间的权衡为卫星通信系统的传输设计提供了一个新的视角,即联合优化卫星通信系统的能量效率和频谱效率。此外,考虑到很难获得准确的发射端信道状态信息,本部分研究多波束卫星通信中实现鲁棒波束赋形的能量效率和频谱效率权衡。具体来说就是在服务质量和总功率约束下,研究以资源效率最大化为目标的鲁棒波束赋形。资源效率定义为系统能量效率和频谱效率的加权和,引入资源效率可以更灵活地实现能量效率和频谱效率之间的权衡。为求解此问题,首先将遍历用户速率和遍历信干噪比近似为闭式表达式,然后应用半正定松弛,通过放宽秩约束来解决优化波束赋形矢量的问题。为了处理优化目标中涉及的分式之和问题,提出了基于二次变换方法和最大最小(MM,majorization-minimization)算法的嵌套迭代算法。最后利用特征值分解得到波束赋形矢量。仿真结果表明了所提算法在实现能量效率和频谱效率权衡方面的有效性,以及所提鲁棒算法相较于传统方法的优越性。最后,研究多波束卫星通信系统中非正交多播单播传输下的鲁棒波束赋形设计。建立了非正交多播单播传输的多波束卫星通信系统,卫星同时向多用户传输多播信号和单播信号。本部分具体研究了非正交多播单播传输系统中对能量效率和频谱效率的联合优化。首先使用资源效率度量方式,将多目标优化问题转化为资源效率最大化的单目标优化问题。然后采用近似遍历速率和半正定松弛来简化优化问题的表征。由于目标函数中分式的分子中存在DC规划表达式,因此利用MM算法将此分子转化为凹函数。进而在每一次MM算法的迭代中,使用二次变换方法将分式之和规划转化为标准凸问题,从而构成嵌套的迭代算法。仿真结果验证了非正交多播单播传输算法相较于传统正交传输算法的性能增益,表明非正交多播单播传输技术对提升卫星通信系统的频谱效率作用显著。

关键词：多波束卫星通信鲁棒波束赋形能量效率频谱效率非正交多播单播传输