專利名稱：一種基于最大化虛擬信噪比的分布式協(xié)作波束賦形方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信技術領域，特別涉及一種小區(qū)間進行協(xié)作的基于最大虛擬信噪比的分布式協(xié)作波束賦形方法(Coordinated Beamforming, CB)
背景技術：
為了更好應對日益增長的需求，3GPP組織于2004年12月正式開始了第三代移動通信(3G)長期演進(Long Term Evolution, LTE)系統(tǒng)的標準化工作。IEEE 802. 16工作組也開始進行WiMAX演進系統(tǒng)IEEE 802. 16m標準的討論。這些演進系統(tǒng)要實現(xiàn)的頻譜效率 相對3G系統(tǒng)會有質(zhì)的飛躍。為了解決更高的要求，國際電 K(International TelecommunicationUnion, ITU)對未來移動通信系統(tǒng)(MT-Advanced)提出了更為長遠的目標與展望系統(tǒng)可用的最大帶寬將為100MHZ ;在固定和低速率移動的熱點覆蓋場景下能提供lGbit/s的速率，在高速移動的廣域覆蓋場景下提供不低于lOOMbit/s的速率；相應的頻譜效率應能達到 5 20bit/s/Hz。相應的為了保證LTE及其后續(xù)技術的長久生命力，同時也為了滿足MT-A和未來通信的更高需求，3GPP開始了 LTE的平滑演進LTE-AdvancecK以下簡稱LTE-A)的研究，并將其作為4G的首選技術，為了滿足上述要求，LTE-A引入載波聚合、多天線增強、中繼技術和多點協(xié)作傳輸(Coordinated Multipoint transmission, CoMP)等關鍵技術。協(xié)作波束賦形技術作為其中的一個關鍵技術多點協(xié)作子問題，近些年也隨著要求，而得到了不斷的發(fā)，很多組織機構都對其進行了研究。對于協(xié)作調(diào)度/波束賦形技術，很多企業(yè)給出了一些方案，NEC公司，分析了當前CoMP幾種技術，對CoMP下容量上線進行了分析。摩托羅拉公司，提出了一種基于信露比的迭代算法。ZTE提出的協(xié)作波束賦形算法中，比較了幾種發(fā)送端權值調(diào)整的方法，對比了局部預編碼、全局預編碼、SFBC+Beamforming后，發(fā)現(xiàn)SFBC+BF性能最好。三菱公司對ZF、JLS、CISVD三種算法進行了仿真分析，對比總結出CISVD性能最好，但是需要迭代，而JLS基本也能達到和CISVD差不多的性能。很多關心這一技術的實驗室、研究院等科研機構也發(fā)表了很多文章，來討論這一技術。對于SIMO (發(fā)送端多天線接收端單天線,multiple-input single-output)情況下，實際上是屬于上行接受波束賦形的范疇，經(jīng)典的接受波束賦形算法在一些文獻中有研究，作者提出了兩種算法MVDR和MMSE。對于MISO情況下的發(fā)送波束賦形，其主要想法是把下行MISO問題轉(zhuǎn)化為上行SMO接受波束賦形問題，是一種對偶問題，后來又有人應用對偶理論，在MMO情況下討論了波束賦形問題。實際上波束賦形，主導思想是，在最大化自己接受功率的時候，盡量減少對別的協(xié)作小區(qū)用戶的干擾，其實是一個利己利他的博弈，結合博弈論對MIS0、MM0情況下的波束賦形算法進行了討論。還有最近比較熱門的分布式干擾對齊算法，，當前研究的最熱門的就是分布式算法，因為分布式算法更能體現(xiàn)出協(xié)作節(jié)點之間的獨立來，小區(qū)之間需要更少的共享信息，更能體現(xiàn)出波束賦形該算法應用于實際的優(yōu)勢，所以現(xiàn)在很多文獻提到的算法基本都是趨于分布式的。
現(xiàn)在比較熱門的分布式波束賦形算法，尤其是MISO情況，加權和速率時候，虛擬VSINR,現(xiàn)有算法要不是沒有根據(jù)和速率加權值進行設計波束賦形值，要不是計算過程繁瑣，需要進行矩陣運算和迭代。本發(fā)明主要針對這個問題進行改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明，針對上述的基于最大化VSINR (虛擬信噪比,virtual signal-to-interference-plus-noise ratio)現(xiàn)在的協(xié)作波束賦形進行了一些改進,使其更好應用于實際中。本發(fā)明采用如下的技術方案，包括如下步驟一種基于最大虛擬信噪比的分布式協(xié)作波束賦形方法，包括如下步驟I)在多小區(qū)MISO系統(tǒng)中設置初始參數(shù)，包括加權和速率的加權值W，信噪比SNR,固定的發(fā)送功率，根據(jù)SNR計算得到的噪聲； 2)根據(jù)上面設定的初始參數(shù)，生成獨立非相關的信道h ;根據(jù)發(fā)送功率和當前的SNR，計算得到噪聲方差N。；3)使用加權和速率的加權值W，得到一組相應的虛擬信噪比VSINR分母干擾項權值系數(shù)a，根據(jù)VSINR可以得到一個初始的發(fā)送波束賦形矢量；4)加權和速率對其中一個基站的發(fā)送波束賦形矢量求偏導；5)相應基站的VSINR，也對該基站的發(fā)送波束賦形矢量求偏導；6)當上述兩偏導在同一點為零時，得到a的一個對應比例關系；7)根據(jù)這一比例關系，對步驟2)得到的權值a微調(diào)；8)根據(jù)微調(diào)的權值，應用最大化VSINR，可以得到本基站的波束賦形權值；9)根據(jù)得到的波束賦形矢量，得到本信噪比下的加權和速率。10)在該SNR下，更新下信道，根據(jù)每次更新的信道，重復步驟2) -9)，最后統(tǒng)計平均加權和速率，得到該信噪比下的和速率統(tǒng)計信息。進一步地，所述虛擬信噪比分母干擾項權值系數(shù)alpha為
7"其中，wk是指Hk個用戶的加權和速率的加權值。進一步地，所述虛擬信噪比為
h,, VfrVSINRi =-——pr
ivOKvi-I其中，hkJ表示基站k到用戶j的信道信息，Vk表示基站k的發(fā)送波束賦形矢量，a kJ表示基站k對用戶j造成的干擾功率的加權值，N0表示接收端的噪聲協(xié)方差。根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于所述比例關系為 avl (N0 + IhlitV1 h).
知2H = —= \ I 一"p-(^e[3,Z]) ^ 表示基站I到用戶2和用戶k的干擾功率加 w,(#0+|h12v,| )
J
權值的比例。
W，/ W1 + CTun,進一步地，所述步驟7)具體為引入一個微調(diào)參數(shù)0，使得&(叫=WkZwl+^可以得到 aI2 = W2A^olte3), a lk = Wk/Wl+0 1(2k) (k G [3, K]) O
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明相對于以前提出的方法，是一種分布式的方法，更好應用于實際中，相對以前的直接應用最大化VSINR求波束賦形矢量的方法，加入了一個對VSINR加權值的設計，力口權和速率性能有很明顯的提升；相對于對VSINR的加權值進行設計的迭代算法，簡化了很多，不需要進行迭代，而且性能損失也不是很大。


圖I為本發(fā)明系統(tǒng)模型圖。圖2為實施例I示意圖。圖3為實施例2示意圖。圖I中發(fā)送端為基站端，接收端為用戶；圖2分別統(tǒng)計了采用最大比合并(圓圈)、迫零算法(向上三角)、最大化虛擬信噪比(向左三角)、迭代的波束賦形算法(加號)、本發(fā)明的算法(叉)加權和速率隨著SNR變化的曲線。圖3統(tǒng)計了本算法用于迭代中(加號)、和原來迭代算法(叉)在信噪比為20dB時候的收斂次數(shù)對比。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施案例作詳細說明，本實施例在本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的過程，但本發(fā)明可以實施的范圍不單限于以下描述的場景。本實例采用了三小區(qū)三用戶的多小區(qū)MISO下行系統(tǒng)，基站發(fā)送功率為1W，基站天線數(shù)為3，每個用戶天線數(shù)為1，三個基站加權和速率的加權值分別為[Wl，w2，W3] = [10，5，I],數(shù)據(jù)流數(shù)為I。設信道為非相關瑞利衰落信道，噪聲為均值為零、協(xié)方差是根據(jù)每次計算的SNR計算所得，各個用戶經(jīng)歷的信道是獨立的，基站可以獲得和本基站相關的信道，及是一種分布式的。下面提到的hjk表示基站j到用戶k的信道信息，hJk為I XM的復矢量，Vj表示基站j端的發(fā)送波束賦形矢量，Vj為MX I的復矢。本實例使用的多小區(qū)MISO系統(tǒng)發(fā)送波束賦形矢量設計過程具體如下(對于三小區(qū)三用戶下面過程中的K取值為3)步驟I :首先根據(jù)上面設定的初始參數(shù)，生成獨立非相關的信道h。根據(jù)發(fā)送功率和當前的SNR，計算得到噪聲方差N。。步驟2 :根據(jù)三個基站加權和速率的加權值得到最初始的VSINR的加權值，這里假設是第一個基站的加權值，其他基站類似。
權利要求
1.一種基于最大虛擬信噪比的分布式協(xié)作波束賦形方法，其特征在于，包括如下步驟 1)在多小區(qū)MISO系統(tǒng)中設置初始參數(shù)，包括加權和速率的加權值W，信噪比SNR，固定的發(fā)送功率，根據(jù)SNR計算得到的噪聲； 2)根據(jù)上面設定的初始參數(shù)，生成獨立非相關的信道h;根據(jù)發(fā)送功率和當前的SNR，計算得到噪聲方差Ntl ； 3)使用加權和速率的加權值W，得到一組相應的虛擬信噪比VSINR分母干擾項權值系數(shù)α，根據(jù)VSINR可以得到一個初始的發(fā)送波束賦形矢量； 4)加權和速率對其中一個基站的發(fā)送波束賦形矢量求偏導； 5)相應基站的VSINR，也對該基站的發(fā)送波束賦形矢量求偏導； 6)當上述兩偏導在同一點為零時，得到α的一個對應比例關系； 7)根據(jù)這ー比例關系，對步驟2)得到的權值α微調(diào)； 8)根據(jù)微調(diào)的權值，應用最大化VSINR，可以得到本基站的波束賦形權值； 9)根據(jù)得到的波束賦形矢量，得到本信噪比下的加權和速率； 10)在該SNR下，更新下信道，根據(jù)每次更新的信道，重復步驟2)-9)，最后統(tǒng)計平均加權和速率，得到該信噪比下的和速率統(tǒng)計信息。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在干所述虛擬信噪比分母干擾項權值系數(shù)α為產(chǎn)
3.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于所述虛擬信噪比為
4.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在干所述比例關系為
5.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟7)具體為引入一個微調(diào) 參數(shù) O，使得
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于最大化虛擬信噪比的分布式協(xié)作波束賦形方法，相對于以前提出的方法，是一種分布式的方法，更好應用于實際中，相對以前的直接應用最大化VSINR求波束賦形矢量的方法，加入了一個對VSINR加權值的設計，加權和速率性能有很明顯的提升；相對于對VSINR的加權值進行設計的迭代算法，簡化了很多，不需要進行迭代，而且性能損失也不是很大。
文檔編號H04B7/06GK102684765SQ20121015603
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權日2012年5月18日
發(fā)明者呂剛明, 張國梅, 李國兵, 李浩正, 羅新民 申請人:西安交通大學