无人机-NOMA下行链路中的智能用户聚类与鲁棒波束成形设计
信息论
2020-06-11 v1 信号处理
math.IT
摘要
本文考虑一个含多个单天线用户和多天线无人机的下行 NOMA 网络。具体而言,用户按泊松簇过程在空间上分布于若干簇中,每个簇由一架悬停的无人机以 NOMA 方式服务。出于实际考虑,我们假设无人机处仅可获得各用户的非理想 CSI。基于此模型,我们构建了联合用户聚类与鲁棒波束成形设计问题,以最小化总发射功率,同时保证用户的 QoS 需求。由于用户聚类的整数变量、波束成形器的耦合效应以及由非理想 CSI 引起的无穷多约束,所构建的问题难以求解。为降低计算复杂度,将原问题划分为用户聚类子问题与鲁棒波束成形设计子问题。利用用户位置信息,我们提出一种基于 k-means++ 的无监督聚类算法首先处理用户聚类问题。随后,我们聚焦于鲁棒波束成形设计问题。为获得求解该问题的见解,我们首先研究具有完美 CSI 的情形,表明相应问题可最优求解。其次,针对一般非理想 CSI 情形下的该问题,提出一种基于 SDR 的方法以高效产生次优解。此外,我们给出了基于 SDR 的方法能够保证获得最优秩一解的充分条件,并进行了理论分析。最后,提出一种基于交替方向乘子法的算法,使无人机能够以分散方式高效执行鲁棒波束成形设计。仿真结果证明了所提算法与传输方案的有效性。
引用
@article{arxiv.2006.05852,
title = {Intelligent User Clustering and Robust Beamforming Design for UAV-NOMA Downlink},
author = {Yanqing Xu and Fang Fang and Donghong Cai and Yi Yuan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.05852},
year = {2020}
}
备注
29 pages, 6 figures, submitted to possible journal publication