专利名称：一种下行链路波束成形的方法、发射端及多小区协作系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种下行链路波束成形的方法、发射端及多小区协作系统。
背景技术：
随着无线通信需求的迅速增长，有效利用频谱资源变得日益重要，目前，移动通信系统采用蜂窝无线系统来有效地利用有限的频谱资源。近年来多输入多输出(ΜΙΜ0，Multiple-Input Multiple-Out-put)通信技术得到充分发展。它是利用空间资源实现高速率链路传输的一种有效方式，能够在不增加额外频谱和功率的情况下显著增加通信系统的传输速率和可靠性，被公认为是下一代移动通信中的关键技术之一。点对点的MMO技术的研究已日趋成熟，它通过空间复用增益、分集增益和阵列增益，可以有效地提高频谱有效性、链路可靠性和功率利用的有效性。然而，上述结论都是基于单小区通信系统的，理论推导和算法涉及过程中没有考虑到来自其他小区的同信道干扰(CCI)。在实际的蜂窝无线通信系统中。多个用户对系统资源的共享以及相邻小区之间的频率复用使得任一小区中信号的发送都会对其他小区中的用户造成干扰，从而导致系统中存在较强的同信道干扰，整个系统通常是干扰受限的。在一些研究中发现，来自其他小区的同信道干扰将大大降低MMO技术在蜂窝系统中的性能。近年来，多小区协作处理技术成为解决上述问题的有效方案，它通过相邻小区的基站组成协作簇并交换部分信息，有效降低了小区间干扰，提升了小区边缘用户吞吐量以及系统吞吐量，从理论上突破了单点非协作系统的干扰受限容量。理想情况下，我们通过多个基站对链路信道状态信息(CSI, Channel State Information)和用户数据信息的完全共享，可以将多小区协作系统看作为一个虚拟的MMO系统，那么包括脏纸编码(DPC，DirtyPaper Coding)以及现有的基于不同准则的多用户预编码方案都可以应用到多小区协作系统中，不同的是发射功率的约束不再是总功率约束，而是单个基站的功率约束。虽然基于多小区协作的网络MIMO技术可以显著弱化甚至完全消除小区间干扰的影响，从而有效提升系统的频谱利用率，但是性能的提升是以共享数据信息、信令开销以及计算复杂度的激增为代价的，这在有限回程容量的情况下很难实现。在实际系统中，小区间不共享数据信息，并进一步降低基站之间信息交互所需的系统开销和计算复杂度仍然非常重要。
发明内容
本发明实施例提供了一种下行链路波束成形的方法、发射端及多小区协作系统，用于在减少数据交互的情况下有效抑制小区间干扰的影响。本发明实施例的方法包括第一发射端与多小区协作系统中其他发射端交换下行 链路的本地信道信息，第一发射端为多小区协作系统中的任一发射端，下行链路的本地信道信息为发射端与多小区协作系统中各移动终端的下行链路信道信息；第一发射端通过两层的分层迭代算法确定最优加权信干噪比SINR，加权SINR为SINR与系统预置的权重因子的比值，最优加权SINR为信道条件最差的移动终端所能获得的最大的加权SINR ;第一发射端根据最优加权SINR确定下行链路的波束成形向量及发送功率。本发明实施例的方法包括第二发射端获取下行链路本地信道信息，下行链路本地信道信息为第二发射端与多小区协作系统中各移动终端的下行链路信道信息，第二发射端为多小区协作系统中的任意一个发射端；第二发射端根据下行链路本地信道信息，采用迭代算法计算虚拟上行系统的虚拟发送功率向量及虚拟接收波束成形向量确定收敛时的SINR，使得最大化最差移动终端的加权SINR，虚拟上行系统是以第二发射端为虚拟接收端，以多小区协作系统中的各移动终端为虚拟发送端，虚拟上行系统的信道是下行链路本地信道信息的互易信道，虚拟发送功率满足与下行系统最大发送功率一致的单小区功率约束，第二发射端每次迭代之后将与多小区协作系统中的其他发射端交换迭代得到的虚拟上行链路的虚拟发送功率向量，利用更新后的虚拟发送功率继续进行迭代；第二发射端根据收敛时的SINR确定虚拟上行链路的虚拟发送功率以及虚拟接收波束成形向量；第二发射端根据虚拟上行链路的虚拟发送功率以及虚拟接收波束成形向量，利用上下行链路对偶性确定第二发射端的下行链路的波束成形向量及发送功率。
本发明实施例的发射端包括信息交互单元，用于第一发射端与多小区协作系统中其他发射端交换下行链路的本地信道信息，第一发射端为多小区协作系统中的任一发射端，下行链路的本地信道信息为发射端与多小区协作系统中各移动终端的下行链路信道信息；最优SINR确定单元，用于第一发射端通过两层的分层迭代算法确定最优加权信干噪比SINR，加权SINR为SINR与系统预置的权重因子的比值，最优加权SINR为信道条件最差的移动终端所能获得的最大的加权SINR值；第一确定单元，用于第一发射端根据最优加权SINR确定下行链路的波束成形向量及发送功率。本发明实施例的发射端包括信息获取单元，用于第二发射端获取对应的下行链路本地信道信息，下行链路本地信道信息为第二发射端与多小区协作系统中的各移动终端的下行链路信道信息，第二发射端为多小区协作系统中的任意一个发射端；迭代算法单元，用于第二发射端根据下行链路本地信道信息，采用迭代算法计算虚拟上行系统的虚拟发送功率向量及虚拟接收波束成形向量确定收敛时的SINR，使得最大化最差移动终端的加权SINR，虚拟上行系统是以第二发射端为虚拟接收端，以多小区协作系统中的各移动终端为虚拟发送端，虚拟上行系统的信道是下行链路本地信道信息的互易信道，虚拟发送功率满足与下行系统最大发送功率一致的单小区功率约束，第二发射端每次迭代之后将与多小区协作系统中的其他发射端交换迭代得到的虚拟上行链路的虚拟发送功率向量，利用更新后的虚拟发送功率继续进行迭代；虚拟参数获取单元，用于第二发射端根据收敛时的SINR确定虚拟上行链路的虚拟发送功率以及虚拟接收波束成形向量；第二确定单元，用于第二发射端根据虚拟上行链路的虚拟发送功率以及虚拟接收波束成形向量，利用上下行链路对偶性确定第二发射端的下行链路的波束成形向量及发送功率。从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点通过在最大化最差移动终端的加权SINR的准则下获取发射端优化的波束成形向量及发送功率，能够在保证移动终端的公平性的基础上获得最优化的多小区协作系统的和速率性能，且在获取优化的波束成形向量及发送功率的过程中，发射端之间交互本地信道信息或者迭代过程中得到的虚拟发送功率，回程开销很小，降低了计算复杂度，提高了系统的性能。
图I为本发明实施例一种多小区协作系统的结构示意图；图2为本发明实施例一种下行链路波束成形的方法的一个示意图；图3为本发明实施例一种下行链路波束成形的方法的另一示意图；图4为本发明实施例一种下行链路波束成形的方法的另一示意图；图5为本发明实施例一种下行链路波束成形的方法的另一示意图；图6为本发明实施例发射端的一个示意图；图7为本发明实施例发射端的另一示意图；图8为本发明实施例发射端的另一不意图；图9为本发明实施例发射端的另一不意图；图10为本发明实施例多小区协作系统的一个示意图。
具体实施例方式本发明实施例提供了一种下行链路波束成形的方法、发射端及多小区协作系统，用于对多小区协作系统中的发射端的下行链路的波束成形向量及发送功率进行优化，能够保证在移动终端公平性的前提下获得较好的性能。为了更清楚的描述本发明的技术方案，下面将对实施例描述的下行链路的波束成形的优化方法的应用系统进行简单介绍。本发明应用于多小区协作系统，其中，多小区协作系统包含M个具有L根天线的发射端，U个具有一根天线的移动终端，其中M个发射端可构成一个协作簇，簇内的发射端可协作的进行信号传输，且多小区协作系统中各个移动终端采用全频复用的形式传输信号。在本发明实施例描述的方案中，将在每个发射端仅服务一个移动终端的情况下，介绍M个发射端协作进行波束成形向量和发送功率向量的联合优化，其中第k(k= 1，...，M)个移动终端的接收信号可表示为
权利要求
1.一种下行链路波束成形的方法，其特征在于，包括 第一发射端与多小区协作系统中其他发射端交换下行链路的本地信道信息，所述第一发射端为所述多小区协作系统中的任一发射端，所述下行链路的本地信道信息为发射端与所述多小区协作系统中各移动终端的下行链路信道信息； 所述第一发射端通过两层的分层迭代算法确定最优加权信干噪比SINR，所述加权SINR为SINR与系统预置的权重因子的比值，所述最优加权SINR为信道条件最差的移动终端所能获得的最大的加权SINR ； 所述第一发射端根据所述最优加权SINR确定下行链路的波束成形向量及发送功率。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一发射端与所述多小区协作系统中其他发射端交换下行链路的本地信道信息之前包括 第一发射端对上行链路进行信道估计，根据上下行链路的互易性获得所述第一发射端 的下行链路的本地信道信息。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一发射端根据所述最优加权SINR确定下行链路的波束成形向量及发送功率之后还包括 判断所述第一发射端下行链路的发送功率的值是否小于或等于预置的发射端的功率约束值； 若是，则依据帕累托改进的准则再次确定所述波束成形向量及发送功率； 若否，则将所述下行链路的发送功率的值设置为所述第一发射端的最大发送功率值，将所述下行链路的波束成形向量设置为第一发射端的波束成形向量。
4.一种下行链路波束成形的方法，其特征在于，包括 第二发射端获取下行链路本地信道信息，所述下行链路本地信道信息为所述第二发射端与所述多小区协作系统中各移动终端的下行链路信道信息，所述第二发射端为所述多小区协作系统中的任意一个发射端； 所述第二发射端根据所述下行链路本地信道信息，采用迭代算法计算虚拟上行系统的虚拟发送功率向量及虚拟接收波束成形向量确定收敛时的SINR，使得最大化最差移动终端的加权SINR，所述虚拟上行系统是以所述第二发射端为虚拟接收端，以所述多小区协作系统中的各移动终端为虚拟发送端，所述虚拟上行系统的信道是所述下行链路本地信道信息的互易信道，所述虚拟发送功率满足与下行系统最大发送功率一致的单小区功率约束，所述第二发射端每次迭代之后将与所述多小区协作系统中的其他发射端交换迭代得到的虚拟上行链路的虚拟发送功率向量，利用更新后的虚拟发送功率继续进行迭代； 所述第二发射端根据所述收敛时的SINR确定虚拟上行链路的虚拟发送功率以及虚拟接收波束成形向量； 所述第二发射端根据所述虚拟上行链路的虚拟发送功率以及虚拟接收波束成形向量，利用上下行链路对偶性确定所述第二发射端的下行链路的波束成形向量及发送功率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二发射端获取对应的下行链路本地信道信息包括 第二发射端对上行链路进行信道估计，根据上下行链路的互易性获得所述第二发射端的下行链路的本地信道信息。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二发射端根据所述虚拟上行链路的虚拟发送功率以及虚拟接收波束成形向量，利用上下行链路对偶性确定所述第二发射端的下行链路的波束成形向量及发送功率之后还包括 判断所述第二发射端下行链路的发送功率的值是否小于或等于预置的发射端的功率约束值； 若是，则依据帕累托改进的准则再次确定所述下行链路的波束成形向量及发送功率；若否，则将所述下行链路的发射功率设置为所述第二发射端的最大发送功率值，将所述下行链路的波束成形向量设置为所述第二发射端的波束成形向量。
7.一种发射端，其特征在于，包括 信息交互单元，用于第一发射端与所述多小区协作系统中其他发射端交换下行链路的本地信道信息，所述第一发射端为所述多小区协作系统中的任一发射端，所述下行链路的本地信道信息为发射端与所述多小区协作系统中各移动终端的下行链路信道信息； 最优SINR确定单元，用于所述第一发射端通过两层的分层迭代算法确定最优加权信干噪比SINR，所述加权SINR为SINR与系统预置的权重因子的比值，所述最优加权SINR为信道条件最差的移动终端所能获得的最大的加权SINR值； 第一确定单元，用于所述第一发射端根据所述最优加权SINR确定下行链路的波束成形向量及发送功率。
8.根据权利要求7所述的发射端，其特征在于，所述发射端还包括 获取单元，用于第一发射端对上行链路进行信道估计，根据上下行链路的互易性获得所述第一发射端的下行链路的本地信道信息。
9.根据权利要求8所述的发射端，其特征在于，所述发射端还包括 第一判断单元，用于判断所述第一发射端下行链路的发送功率的值是否小于或等于预置的发射端的功率约束值； 第一更新单元，用于当所述第一发射端下行链路的发送功率的值小于或等于预置的发射端的功率约束值时，依据帕累托改进的准则再次确定所述波束成形向量及发送功率；第一设置单元，用于当所述第一发射端下行链路的发送功率的值大于预置的发射端的约束值时，将所述第一发射端下行链路发送功率的值设置为所述第一发射端的最大发送功率值，将所述第一发射端的波束成形向量设置为第一发射端的波束成形向量。
10.一种发射端，其特征在于，包括 信息获取单元，用于第二发射端获取对应的下行链路本地信道信息，所述下行链路本地信道信息为第二发射端与所述多小区协作系统中的各移动终端的下行链路信道信息，所述第二发射端为所述多小区协作系统中的任意一个发射端； 迭代算法单元，用于所述第二发射端根据所述下行链路本地信道信息，采用迭代算法计算所述虚拟上行系统的虚拟发送功率向量及虚拟接收波束成形向量确定收敛时的SINR，使得最大化最差移动终端的加权SINR，所述虚拟上行系统是以所述第二发射端为虚拟接收端，以所述多小区协作系统中的各移动终端为虚拟发送端，所述虚拟上行系统的信道是所述下行链路本地信道信息的互易信道，所述虚拟发送功率满足与下行系统最大发送功率一致的单小区功率约束，所述第二发射端每次迭代之后将与所述多小区协作系统中的其他发射端交换迭代得到的虚拟上行链路的虚拟发送功率向量，利用更新后的虚拟发送功率继续进行迭代；虚拟参数获取单元，用于所述第二发射端根据所述收敛时的SINR确定虚拟上行链路的虚拟发送功率以及虚拟接收波束成形向量； 确定单元，用于所述第二发射端根据所述虚拟上行链路的虚拟发送功率以及虚拟接收波束成形向量，利用上下行链路对偶性确定所述第二发射端的下行链路的波束成形向量及发送功率。
11.根据权利要求10所述的发射端，其特征在于，所述发射端还包括 第二判断单元，用于判断所述第二发射端下行链路的发送功率的值是否小于或等于预置的发射端的功率约束值； 第二更新单元，用于当所述下行链路优化的发送功率的值小于或等于预置的发射端的功率约束值时，依据帕累托改进的准则再次确定所述下行链路优化的波束成形向量及发送功率; 第二设置单元，用于当则将所述下行链路优化的发射功率的值大于预置的发射端的功率约束值时，将所述下行链路的发射功率设置为所述第二发射端的最大发送功率值，将所述下行链路的波束成形向量设置为第二发射端的波束成形向量。
12.—种多小区协作系统，其特征在于，包括 若干个如权利要求7至9任意一项所述的发射端及若干个移动终端； 或者， 若干个如权利要求10或11所述的发射端及若干个移动终端。
全文摘要
本发明实施例公开了一种下行链路波束成形的方法、发射端及多小区协作系统。本发明实施例方法包括第一发射端与多小区协作系统中其他发射端交换下行链路的本地信道信息，第一发射端为多小区协作系统中的任一发射端，下行链路的本地信道信息为发射端与多小区协作系统中各移动终端的下行链路信道信息；第一发射端通过两层的分层迭代算法确定最优加权信干噪比SINR，最优加权SINR为信道条件最差的移动终端所能获得的最大的加权SINR；第一发射端根据最优加权SINR确定下行链路的波束成形向量及发送功率。本发明实施例还公开与方法相关的装置，能够在保证移动终端公平性的基础上，利用较小的信息交换量得到系统最优化的和速率性能。
文档编号H04W28/18GK102647728SQ20111004078
公开日2012年8月22日 申请日期2011年2月18日 优先权日2011年2月18日
发明者余辉, 杜颖钢, 杨绿溪, 黄永明 申请人:东南大学, 华为技术有限公司