[发明专利]一种用于区分服务质量多组多播系统的波束赋形设计方法

说明书

本发明公开了一种用于区分服务质量多组多播系统的波束赋形设计方法，该方法可以有效提高多组多播系统内高优化级用户的服务质量水平，并压制低优先级用户的服务质量水平，为不同的用户提供差异化服务。本发明以近似优化思想为基础，先采用迭代搜索的方法提高初始向量的可行性，而后在每次迭代的过程中利用凸近似方法将非凸优化问题近似为凸优化问题，最后利用凸优化工具对该问题进行求解，从而实现发送波束赋形向量的迭代优化。本发明可以有效提高多组多播系统内高优化级用户的服务质量水平，并压制低优先级用户的服务质量水平，降低发送功率，提升发送波束赋形的效率。

技术领域

本发明属于宽带无线和移动通信的收发设计方法技术领域，具体涉及一种用于区分服务质量多组多播系统的波束赋形设计方法。

背景技术

基于发送端已知或者部分已知信道状态信息的前提下，通过在无线通信系统的发送端设计波束赋形向量、优化发送功率在空间的分布，能够有效提升系统的分集增益。已有大量研究表明，波束赋形技术可以应用于无线通信系统中的各类信道，包括接入信道、单播信道、组播信道和广播信道。随着上层组播业务的不断拓展，单组多播与多组多播场景下波束赋形的设计工作日渐深入。针对多组多播信道，波束赋形设计方法主要有以下几类：

1)以消除多播组间干扰为目标的波束赋形设计。其具体做法是利用迫零技术，将不同组用户之间的干扰消除，从而将多组多播问题退化为多个单组多播问题。该方法的主要问题在于只有在多播组数以及每个组中用户数较少的情况，才有足够的空间自由度进行迫零，其他情况下，算法都不能实现多播组间干扰消除的目标。

2)在保证各组用户信干噪比的前提下，以最小化发送功率为目标的波束赋形设计。其具体做法是将原优化问题中的非凸秩约束松弛后利用半正定规划方法求得中间解，而后采用高斯随机化算法或者以干扰函数为目标的迭代算法计算原问题的可行解。该方法的主要问题在于只对每个用户的最低信干噪比进行了约束，无法准确控制用户的实际信干噪比；同时，也没有考虑对部分用户的最高信干噪比进行约束。

3)在发送总功率受约束的前提下，以最大化系统内所有用户的最低信干噪比为目标的波束赋形设计。其具体做法是利用该问题与保证各组用户信干噪比的前提下，以最小化发送功率为目标的问题之间的关联，采用二分迭代法求解。该方法的主要问题在于在给定发送功率条件下，只针对信噪比最差的用户进行优化，无法准确控制用户的实际信干噪比；同时，与第2种方法类似，也没有考虑对部分用户的最高信干噪比进行约束。

4)在保证高优先级用户信干噪比并且压制低优先级用户信干噪比的前提下，以最小化发送功率为目标的波束赋形设计。其具体做法与第2种方法类似，首先利用半正定规划方法求得中间解，而后采用高斯随机化算法获得原问题的可行解。该方法的主要问题在于在复杂度可接受时，其发送功率性能与最优下界差距较大；为尽可能优化性能，则需要设置一个很大的正整数作为随机化次数，将引入难以承受的算法复杂度。

发明内容

本发明的目的是提出一种区分服务质量多组多播系统的迭代秩-2(秩-2是定语，意思秩为2的，英文rank-two)发送波束赋形设计方法，在保证高优先级用户、压制低优先级用户信干噪比的同时，优化系统的发送功率性能。

本发明包括以下步骤：

步骤1：构造多组多播系统中的区分服务问题，利用内点法求解区分服务问题经过松弛以后得到的半定规划问题，得到半定矩阵组；

步骤2：对步骤1得到的半定矩阵组进行分解，提取向量；

步骤3：判断步骤1得到的半定矩阵组的秩是否都不大于2，如果是，执行步骤8，否则执行步骤4；

步骤4：利用凸近似优化，对步骤2中分解得到的向量进行可行性优化，得到可行初始波束赋形向量；

步骤5：进行可行性优化判决，如果满足条件，执行步骤6，否则返回步骤4；

步骤6：进行迭代功率优化；