Transmit Beamforming and Power Control for Optimizing the Outage Probability Fairness in MISO Networks

Xiangping Zhai; Chee Wei Tan; Yichao Huang; Bhaskar D. Rao

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Transmit Beamforming and Power Control for Optimizing the Outage Probability Fairness in MISO Networks

机译：传输波束成形和功率控制以优化MISO网络中的中断概率公平性

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This paper studies the joint beamforming and power control in a multiuser multi-input single-output network by utilizing the only statistical channel distribution information. Such information consists of slowly varying covariance matrices in the beamforming network that can be employed to reduce instantaneous feedback overhead in transmission. Utilizing solely the statistical channel information, we study how to minimize the maximum outage probability under a weighted sum power constraint that guarantees max–min fairness to all users. This problem is, however, generally hard to solve due to the nonconvexity and nonlinear coupling between beamformer and power variables. First, assuming a fixed beamformer set, we use the nonlinear Perron–Frobenius theory to design a decentralized algorithm with provable geometrically fast convergence rate to compute the optimal power. Then, for the general case, we examine a certainty-equivalent margin counterpart with outage-mapped thresholds that incorporate the statistical channel information. We show that a network duality for this certainty-equivalent problem can be useful to decouple the coupling between the beamformer and power variables. This nonlinear Perron–Frobenius theory motivated approach yields a feasible beamformer and power allocation that are near-optimal as compared to Monte Carlo averaging simulations.

机译：本文利用唯一的统计信道分布信息来研究多用户多输入单输出网络中的联合波束成形和功率控制。这样的信息由波束成形网络中的缓慢变化的协方差矩阵组成，可以用来减少传输中的瞬时反馈开销。我们仅利用统计渠道信息，研究如何在加权总和功率约束下最小化最大中断概率，以保证对所有用户的最大最小公平。然而，由于波束形成器和功率变量之间的非凸性和非线性耦合，通常很难解决该问题。首先，假设有一个固定的波束形成器集合，我们使用非线性Perron–Frobenius理论设计一种具有可证明的几何快速收敛速度的分散算法，以计算最佳功率。然后，对于一般情况，我们检查带有确定中断阈值的确定性等效保证金对应物，该阈值并入了统计通道信息。我们表明，针对此确定性等效问题的网络对偶性可用于解耦波束成形器和功率变量之间的耦合。这种非线性的Perron–Frobenius理论激励方法产生了可行的波束形成器和功率分配，与Monte Carlo平均模拟相比，该方法几乎是最佳的。

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来源
《IEEE Transactions on Communications》 |2017年第2期|839-850|共12页
作者
Xiangping Zhai; Chee Wei Tan; Yichao Huang; Bhaskar D. Rao;
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作者单位

College of Computer Science and Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing, China;

College of Science and Engineering, City University of Hong Kong, Hong Kong;

Qualcomm, Corporate Research and Development, San Diego, CA, USA;

Department of Electrical and Computer Engineering, University of California at San Diego, La Jolla, CA, USA;

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原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类
关键词
Array signal processing; Power control; Interference; Transmitters; MISO; Algorithm design and analysis; Signal to noise ratio;

机译：阵列信号处理;功率控制;干扰;发射机;MISO;算法设计与分析;信噪比;

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