多播波束成形技术性能验证及其在缓存Cloud RAN下的能效设计

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在无线网络中,将一个共同的信息同时传递给多个用户,多播技术在其中扮演了一个十分重要的角色。多播波束成形技术能够通过利用基站(BS)端的信道状态信息(CSI)进一步提升系统性能,小区基站(BS)一般包含若干发送天线端口。这篇文章多播波束成形技术在实际测量的上海交通大学无线校园网真实信道下的性能,这个无线校园网是FDD LTE网络。首先我们为信道测量利用USRP N210设备和LabVIEW搭建了一个接收机原型。我们研究1个包含有四根发送天线的基站和三个单天线的用户。基于实际测量到的无线信道,我们评估了基于QoS的多播波束成形问题的性能,这个优化问题在符合每一个接收机接收SNR的约束条件的基础上最优化基站的发送功率。这个问题是NP-hard的问题。本文采用半正定松弛(SDR)方法来得到原始优化问题的一个次优解。实验结果表明,在我们考虑的校园网下,使用单个波束成形器的多播传输技术比使用多个波束成形器的单播传输技术在相同的服务质量约束条件下要节省显著的发送功率。这篇文章还基于前人已经做出的工作考虑了一个基站开关控制策略问题,也就是说这个基站开关控制问题基于一个包含多播和缓存的云端接入网(cloud-RAN)中的内容中心的传输设计问题。我们考虑的基站开关控制策略,具体地说,就是当存在一个不服务任何一个用户的基站,我们可以考虑将这个基站关闭。因此我们通过节省了关闭基站的静态工作功耗从而降低了整个网络的成本。在当前已经做出的工作中,请求同一内容的用户形成了同一个多播组,同时被那个基站簇协作服务。而且每一个基站都有一个本地缓存器,它要么从它的本地缓存器获取内容,要么通过回程链路从中央处理器获取内容。当前的工作研究了内容中心的动态基站分组和多播波束成形问题。基于此,我们构建了一个混合整数非线性规划(LP)问题,这个问题在保证每个多播组的服务质量的限制条件下最小化回程成本和基站功率(发射功率和静态功耗)成本的加权和。然后,和前人的工作一样,我们重新构造了一个等效的稀疏波束成形(SBF)问题。同样的,像之前的工作一样通过采用平滑的零模逼近和其它技术,这个稀疏波束成形问题转换成一个DC规划的形式,然后通过CCP算法进行了有效地求解。仿真结果表明了我们提出的基站开关控制策略带来的显著优点。
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