几类无线通信中的非凸矩阵优化问题及算法研究

基本信息
批准号:11401039
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:22.00
负责人:孙聪
学科分类:
依托单位:北京邮电大学
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:高晖,乌日力格
关键词:
无线通信非凸矩阵优化低复杂度算法信号处理非线性优化
结项摘要

This project mainly focuses on several kinds of nonconvex matrix optimization problems in wireless communications, with the background information as the multiple-input-multiple-output interference channel with relay aided. First, we would like to build up the sum rate maximization model with power constraints. The objective function is highly nonlinear, and thus difficult to analyze directly. We plan to approximate the objective function with different approaches and compare different results. We will solve the problem with nonlinear optimization technique like alternating iteration method, trust region idea and so on. We will also analyze the computational complexity as well as the convergence result of the algorithm. Second, we would like to consider the transmit power minimization problem with rate constraints. We plan to approximate the rate constraint with approaches that are easier to handle, and simplify the problem by alternating iteration method. We would like to propose a nonconvex sequential quadratic programming method, taking into account the special structure of the subproblems. The computational complexity and the convergence property will also be analyzed. Third, we want to solve the multiple stream transmitted problems to maximize sum rate and to minimize transmit power, aiming to improve the communication efficiency. The problems become more complicated with orthogonal constraints. We plan to shrike the feasible region, and then solve it with dual method. Further, we would like to propose the distributed versions of our algorithms for application. This project will improve the development of the interdisciplinary between optimization and wireless communications.

本项目主要研究无线通信中的几类非凸矩阵优化问题,背景是多发多收中继辅助的干扰信道。首先,我们将建立功率约束下的传输速率极大化模型。难点主要在于目标函数高度非线性,难以直接求解。为此我们将考虑多种近似函数,运用交替迭代、信赖域等方法求解和简化问题,并分析算法的计算复杂度以及收敛性质。其次,我们将考虑带有传输速率约束的发送功率极小化模型,使用近似函数近似约束中难以处理的传输速率函数,运用交替迭代的方法简化问题,并设计非凸的逐步二次规划算法求解,同时分析算法的计算复杂度和收敛性质。第三,我们希望求解多数据流传输的速率极大化和发送功率极小化问题,以提高信道的传输效率。正交约束的加入使得问题更加复杂。我们考虑用椭球近似可行域,再用对偶方法求解转化后的子问题。此外,我们还将改进算法,提供分布式实现进一步降低复杂度,更利于实际应用。本项目将促进优化与无线通信交叉学科的发展。

项目摘要

本项目主要针对具有无线通信应用背景和特殊数据结构的矩阵优化问题,提出高效、低复杂度的算法。对于无线通信中中继辅助多发多收干扰信道,我们主要考虑了在一定发送功率限制条件下,极大化网络传输总速率的问题。该类问题是非凸、高度非线性的矩阵优化问题。针对这一问题,我们做了一系列的工作:我们提出了全新的近似函数、全新的优化模型、低复杂度算法以及算法的分布式实现。其中,我们针对特殊结构的非凸二次约束二次规划子问题,提出了基于信赖域思想的可行压缩算法,结合逐步二次规划算法,从而得到子问题的KKT点。针对带有正交约束的二次规划子问题,我们提出了对偶算法,并证明了在一定条件下该算法收敛到子问题的最优解。我们还证明了将数据流数作为变量的优化问题的简化形式是NP难的,也针对该问题提出了相应的多初值启发式算法。我们基于上述算法,提出了两种易于实现的分布式算法,并分析了其计算和通信效率。此外,针对同一通信模型的能效极大化问题,我们也提出了相应的低复杂度算法。我们运用分式优化技巧、交替迭代方法,并引入线性最优的解码矩阵,从而将问题化简为一系列二次约束二次规划子问题的求解,并证明简化前后的问题具有相同的KKT点。本项目已按照计划进行,并完成了预期成果。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
2

1例脊肌萎缩症伴脊柱侧凸患儿后路脊柱矫形术的麻醉护理配合

1例脊肌萎缩症伴脊柱侧凸患儿后路脊柱矫形术的麻醉护理配合

DOI:10.3870/j.issn.1001-4152.2021.10.047
发表时间:2021
3

环境类邻避设施对北京市住宅价格影响研究--以大型垃圾处理设施为例

环境类邻避设施对北京市住宅价格影响研究--以大型垃圾处理设施为例

DOI:10.11821/dlyj020190689
发表时间:2020
4

低轨卫星通信信道分配策略

低轨卫星通信信道分配策略

DOI:10.12068/j.issn.1005-3026.2019.06.009
发表时间:2019
5

基于分形维数和支持向量机的串联电弧故障诊断方法

基于分形维数和支持向量机的串联电弧故障诊断方法

DOI:
发表时间:2016

孙聪的其他基金

批准号:61872279
批准年份:2018
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:11771056
批准年份:2017
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:71603158
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31900003
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61303033
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

几类无线通信中分式优化问题的算法研究

批准号:11771056
批准年份:2017
负责人:孙聪
学科分类:A0405
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
2

非凸优化中若干子问题的凸表述与算法研究

批准号:11801087
批准年份:2018
负责人:江如俊
学科分类:A0405
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

基于矩阵分解的相位恢复非凸优化算法研究

批准号:11801025
批准年份:2018
负责人:李季
学科分类:A0505
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
4

几类矩阵优化问题的算法设计及其理论和应用

批准号:11101409
批准年份:2011
负责人:刘歆
学科分类:A0405
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目