一种多天线多播波束赋形向量计算方法
【专利摘要】本发明实施方式提出一种多天线多播波束赋形向量计算方法。包括：收集期望接收多播业务的用户的波束赋形问题建模信息，并利用所述波束赋形问题建模信息建立多天线多播波束赋形设计问题模型；利用对偶转换算法或等效信道算法，对所述多天线多播波束赋形设计问题模型求解，以确定初步的归一化波束赋形向量；利用局部微调算法，对所述初步的归一化波束赋形向量予以修正并得到最终归一化波束赋形向量，以在各个用户方向上均衡分配发送功率；利用所述最终归一化波束赋形向量计算基站所需发送功率，并根据所述最终归一化波束赋形向量和所述基站所需发送功率计算多天线多播波束赋形向量。
【专利说明】一种多天线多播波束赋形向量计算方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信数据传输技领域，特别是一种多天线多播波束赋形向量计算方法。
【背景技术】
[0002]随着多媒体业务的普及，多播传输已成为无线通信网络必不可少的一部分，如何设计资源有效的多播传输方案已引起学术界与工业界的高度重视。
[0003]由于能在一次传输中同时服务多个用户，多播技术可以有效提升网络资源利用效率。但是，多播传输中接收用户的几何位置分布离散，他们的接收信道条件以及硬件接收能力往往差异较大，为了满足所有用户都能成功接收传输数据，多播传输的目标传输速率往往需要设置的比较小，这严重影响了多播传输带来的用户分集增益。这就是多播技术研究中常说的最差用户限制。为了克服该限制，目前已经出现了多天线传输技术，通过调整基站端的波束赋形向量(或称预编码矩阵)，在每个用户的信道方向上合理分配能量，努力实现各个用户接收能量的均衡，以避免能量浪费。这就自然引入一个问题:如何根据多播用户各自的传输信道条件，设置最优的波束赋形向量，以最大化基站能量利用效率。[0004]目前，已经存在一些专利和论文，讨论了多天线多播传输预编码矩阵计算方法，但是这些专利或论文，或者建模不全面，没有很好考虑多播传输QoS，或者算法复杂度很高，有待进一步改善。
[0005]比如，目前有一种单小区多播mimo移动通信系统的下行单业务预编码方法。在该方法中，以SNR—致性为优化目标建立优化目标，再通过引入空间SpanIh1A2,...，hK}范围内的标准正交基V1, V2,..., vM (M ^ min (K，N)，其中K为用户数，N为基站天线数)，将信道和预编码矩阵均进行映射，最终得到最佳的波束赋形向量。
[0006]首先，该方案的优化目标是SNR—致性，没有充分考虑多播用户的业务需求，即没有考虑用户QoS，只是单纯的想要所有的多播用户具有相近的SNR。比如，当N>K时，满足SNR1=SNR2=...=SNRk的波束赋形向量具有无穷多个，如何在这个集合中选择合适的波束赋形向量，从而最大化SNRk以及最大化系统能量利用效率，该专利没有研究这一重大问题。另
外，该方案的优化算法存在一定漏洞:优化m'in/lOsfFx + liy A(Fx + l>i时，使用的是子
梯度方法，其实可以直接求导优化。但是无论求导优化还是子梯度迭代优化，均没有考虑b-Fx + b> O这一非负约束。
【发明内容】
[0007]本发明实施方式提出一种多天线多播波束赋形向量计算方法，实现高能效、低复杂度地计算波束赋形向量。
[0008]本发明实施方式的技术方案如下:
[0009]一种多天线多播波束赋形向量计算方法，该方法包括:[0010]收集期望接收多播业务的用户的波束赋形问题建模信息，并利用所述波束赋形问题建模信息建立多天线多播波束赋形设计问题模型；
[0011]利用对偶转换算法或等效信道算法，对所述多天线多播波束赋形设计问题模型求解，以确定初步的归一化波束赋形向量；
[0012]利用局部微调算法，对所述初步的归一化波束赋形向量予以修正并得到最终归一化波束赋形向量，以在各个用户方向上均衡分配发送功率；
[0013]利用所述最终归一化波束赋形向量计算基站所需发送功率，并根据所述最终归一化波束赋形向量和所述基站所需发送功率计算多天线多播波束赋形向量。
[0014]所述期望接收多播业务的用户为K个；
[0015]所述基站收集期望接收多播业务的用户的波束赋形问题建模信息包括:
[0016]基站收集信道信息Qll, h2,..., hK)，其中hk是第k个用户反馈的信道向量；基站收
集信道噪声信息
【权利要求】
1.一种多天线多播波束赋形向量计算方法，其特征在于，该方法包括: 收集期望接收多播业务的用户的波束赋形问题建模信息，并利用所述波束赋形问题建模信息建立多天线多播波束赋形设计问题模型； 利用对偶转换算法或等效信道算法，对所述多天线多播波束赋形设计问题模型求解，以确定初步的归一化波束赋形向量； 利用局部微调算法，对所述初步的归一化波束赋形向量予以修正并得到最终归一化波束赋形向量，以在各个用户方向上均衡分配发送功率； 利用所述最终归一化波束赋形向量计算基站所需发送功率，并根据所述最终归一化波束赋形向量和所述基站所需发送功率计算多天线多播波束赋形向量。
2.根据权利要求1所述的多天线多播波束赋形向量计算方法，其特征在于，所述期望接收多播业务的用户为K个； 所述基站收集期望接收多播业务的用户的波束赋形问题建模信息包括: 基站收集信道信息(V h2，...，hK)，其中hk是第k个用户反馈的信道向量；基站收集信道噪声信息)，其中Oi2为第k个用户反馈的噪声功率；基站收集业务QoS参数r，其中r=Blog2(l+Y) ;B为系统带宽、Y为多播业务的最低传输信噪比需求；k的取值范围为I~K ; 所述利用所述波束赋形问题建模信息建立多天线多播波束赋形设计问题模型包括: 基站利用所述信道信息、所述信道噪声信息和所述业务Q0S参数计算归一化用户传输信道矩阵； 所述多天线多播波束赋形设计问题模型为:
Q: min |w||;WeCT ；;其中N为发送天线个数为NX I维波束赋形向量；H为
s.t.hfw >\,\<k<K共轭转置。
3.根据权利要求2所述的多天线多播波束赋形向量计算方法，其特征在于，所述利用对偶转换算法，对所述多天线多播波束赋形设计问题模型求解，以确定初步的归一化波束赋形向量包括: 建立对偶优化模型F:
K F: max //,
k=l.K，
s.t1-X/ikhthf 士 O
k=\ 利用自使用功率片分方法针对所述对偶优化模型求解，以计算对偶变量μ k ; 利用所述对偶变量Uk计算所述初步的归一化波束赋形向量#，其中: w = max.eigenvector | 工 μ?:1 ； eigenvector IΣI表示矩阵Σ A-h/chf的对
U=I JU-1 Jk=l应最大本征值
4.根据权利要求2所述的多天线多播波束赋形向量计算方法，其特征在于，所述利用等效信道算法，对所述多天线多播波束赋形设计问题模型求解，以确定初步的归一化波束赋形向量包括: 计算第k个用户的信道矩阵权重a k ； 利用各个用户的信道矩阵权重计算多播传输等效信道矩阵hmul，其中 _
5.根据权利要求2所述的多天线多播波束赋形向量计算方法，其特征在于，所述利用局部微调算法，对所述初步的归一化波束赋形向量予以修正并得到最终归一化波束赋形向量，以在各个用户方向上均衡分配发送能量，具体包括: 根据所述初步的归一化波束赋形向量#寻找瓶颈用户k%其中
6.根据权利要求5所述的多天线多播波束赋形向量计算方法，其特征在于， 利用所述最终归一化波束赋形向量计算基站所需发送功率，并根据所述最终归一化波束赋形向量和所述基站所需发送功率计算多天线多播波束赋形向量，具体包括: 利用所述迭代后的计算基站所需发送功率P，其中
【文档编号】H04B7/06GK103905106SQ201410161520
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】许文俊, 李胜钰, 陈锋, 王翔 申请人:北京邮电大学