A wireless network serving multiple users in the millimeter-wave or the sub-terahertz band by a base station is considered. High-throughput multi-user hybrid-transmit beamforming is conceived by maximizing the minimum rate of the users. For the sake of energy-efficient signal transmission, the array-of-subarrays structure is used for analog beamforming relying on low-resolution phase shifters. We develop a convexsolver based algorithm, which iteratively invokes a convex problem of the same beamformer size for its solution. We then introduce the soft max-min rate objective function and develop a scalable algorithm for its optimization. Our simulation results demonstrate the striking fact that soft max-min rate optimization not only approaches the minimum user rate obtained by max-min rate optimization but it also achieves a sum rate similar to that of sum-rate maximization. Thus, the soft max-min rate optimization based beamforming design conceived offers a new technique of simultaneously achieving a high individual quality-of-service for all users and a high total network throughput.


翻译:本文考虑一个由基站为多个用户提供服务的无线网络,工作于毫米波或亚太赫兹频段。通过最大化用户的最小速率,设计高吞吐量的多用户混合发射波束成形方案。为实现节能信号传输,采用子阵结构进行模拟波束成形,并使用低分辨率移相器。我们提出一种基于凸优化求解器的算法,该算法迭代调用与波束成形器相同规模的凸问题来获得解。随后引入软最大最小速率目标函数,并开发了一种可扩展的优化算法。仿真结果表明,软最大最小速率优化不仅接近于由最大最小速率优化得到的最小用户速率,而且能达到与和速率最大化相近的总和速率。因此,所提出的基于软最大最小速率优化的波束成形设计提供了一种新技术,能够同时实现所有用户的个体服务质量保障和网络总吞吐量的提升。

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