一種實(shí)現(xiàn)波束成型的方法及基站的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及多小區(qū)多入單出（MISO，Multi_InputSingle-Output)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)， 尤指一種基于時(shí)分復(fù)用（TDD)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)波束成型的方法及基站。
【背景技術(shù)】
[0002] 以長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE)為代表的第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3G)的演進(jìn)型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了移 動(dòng)通信在3G之后的一次階段性變革。為了進(jìn)一步滿(mǎn)足國(guó)際電信聯(lián)盟的高級(jí)國(guó)際通信技術(shù) (ITUMT-Advanced)的要求，同時(shí)也作為L(zhǎng)TE技術(shù)的演進(jìn)，3GPP通過(guò)了LTE的增強(qiáng)技術(shù) (LTE-A，LTE-Advanced)作為第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G)標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)提案。多小區(qū)MM0是 LTE-A關(guān)鍵技術(shù)之一。同時(shí)，為了滿(mǎn)足系統(tǒng)高速率及高頻譜利用率的要求，LTE-A下行采用 正交頻分多址（0FDMA)的接入方式，這樣在兩個(gè)小區(qū)的結(jié)合邊緣處，信道頻率可能相同，因 而在小區(qū)邊緣處的用戶(hù)對(duì)鄰小區(qū)將會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾。這樣導(dǎo)致的結(jié)果就是：為了保證用 戶(hù)的通信量，需要大幅提升整個(gè)小區(qū)發(fā)送功率；而如果保證較低的發(fā)送功率，小區(qū)的吞吐量 又會(huì)大幅下降。因此小區(qū)間的干擾抑制是LTE-A系統(tǒng)研究的關(guān)鍵課題之一。
[0003] 當(dāng)前多小區(qū)干擾抑制的一個(gè)研究熱點(diǎn)就是調(diào)整天線(xiàn)的分配波束成型，它的設(shè)計(jì)目 的在于通過(guò)調(diào)整天線(xiàn)的分配，即確定每個(gè)用戶(hù)在每個(gè)子載波上傳輸時(shí)應(yīng)該怎樣配置發(fā)射天 線(xiàn)，以及基站應(yīng)該怎樣配置接收天線(xiàn)，來(lái)使發(fā)送波束在最大限度上與接收天線(xiàn)相正交。波束 成型技術(shù)的目的就是通過(guò)多個(gè)基站合作來(lái)降低小區(qū)間的干擾。
[0004] 對(duì)于多天線(xiàn)系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)方案把所有信息匯總到一個(gè)中央處理器（CPU)來(lái)計(jì)算 整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)化問(wèn)題，但是，由于X2接口的帶寬和中央處理器的計(jì)算能力受限，這種方 案比較難實(shí)現(xiàn)。所以需要采用信息交互開(kāi)銷(xiāo)和計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)比較少的分布式方案，每個(gè)基站通 過(guò)交互得到其它小區(qū)信息，再根據(jù)本地的信息，計(jì)算本小區(qū)的最優(yōu)化問(wèn)題，以迭代的方式得 到系統(tǒng)的解。所以分布式框架具有較高可行性。但是，分布式框架下算法迭代的收斂性與 收斂速度也是需要考慮的問(wèn)題，往往需要迭代過(guò)程的算法在時(shí)間上有明顯的缺陷，因此，分 布式方案在實(shí)際情況下不具備應(yīng)用價(jià)值。
[0005] 此外，傳統(tǒng)的波束成型算法大多假設(shè)系統(tǒng)進(jìn)行理想的信道狀態(tài)信息（CSI，Channel StateInformation)估計(jì)，即估計(jì)到的CSI與實(shí)際CSI相比不存在任何誤差。而在實(shí)際的 時(shí)分復(fù)用（TDD)系統(tǒng)中是存在估計(jì)誤差和延時(shí)誤差的，這樣，造成了傳統(tǒng)的波束成型算法在 實(shí)際系統(tǒng)中會(huì)有嚴(yán)重的性能下降。
[0006] 為了提高傳統(tǒng)的波束成型算法在實(shí)習(xí)系統(tǒng)中的性能，現(xiàn)有技術(shù)中考慮CSI誤 差對(duì)系統(tǒng)的影響，B.Dai，W.Xu，andC.Zhao的研究成果"帶有延遲的碼本CSI反饋的多 小區(qū)通信系統(tǒng)中的最優(yōu)麗SE下行波束成型算法"（"Optimal麗SEbeamformingfor multiuserdownlinkwithdelayedCSIfeedbackusingcodebooks，'inProc.IEEEGlobe com,Houston,USA,Dec. 2011)中，考慮了延時(shí)誤差和估計(jì)誤差同時(shí)存在的信道，對(duì)非理想信 道進(jìn)行了建模?；诜抢硐胄诺滥Ｐ停墨I(xiàn)設(shè)計(jì)了單小區(qū)下的魯棒性波束成型問(wèn)題，并且得 到了魯棒性問(wèn)題的最優(yōu)解。通過(guò)仿真，文獻(xiàn)證明了提出的算法與傳統(tǒng)波束成型算法相比，能 夠有效的克服延時(shí)誤差和估計(jì)誤差這兩種誤差帶來(lái)的性能損失。但是文章考慮的模型僅局 限于單小區(qū)范圍內(nèi)，不具有實(shí)用價(jià)值。
[0007] 為了提高傳統(tǒng)的波束成型算法在實(shí)習(xí)系統(tǒng)中的性能，以及為了有更好的實(shí) 用價(jià)值，該領(lǐng)域的研究者Bogale,T.E.，Vandendorpe,L?和Chalise,B.K?的研究成 果"RobustTransceiverOptimizationforDownlinkCoordinatedBaseStation Systems:DistributedAlgorithm(下行合作的基站系統(tǒng)中的魯棒性發(fā)送波束：分布式算 法）"inIEEETrans.onSig.Process.Vol.60，No.l，January2012,考慮了多小區(qū)系統(tǒng)中信 道估計(jì)誤差和延時(shí)誤差對(duì)系統(tǒng)的影響，并以平均均方誤差（AMSE)為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。計(jì) 算中采用了發(fā)送和接收波束交替優(yōu)化的迭代形式的計(jì)算方式，最終得到最優(yōu)解。但是，因?yàn)?算法需要大量迭代步驟，工程實(shí)現(xiàn)性不高。
[0008] 另外，工業(yè)界3GPP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了TDD系統(tǒng)的上下行鏈路采用同一個(gè)頻段不同的時(shí)隙 進(jìn)行通信。所以基站可以根據(jù)用戶(hù)上行發(fā)送的訓(xùn)練序列，也叫做Sounding信號(hào)來(lái)估計(jì)信 道。所以，可以以TDD系統(tǒng)的特有機(jī)制作為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)分布式的合作機(jī)制。
[0009] 基于以上系統(tǒng)需求和已有的學(xué)術(shù)成果與標(biāo)準(zhǔn)的分析，需要設(shè)計(jì)一種既能夠有效抑 制TDD系統(tǒng)信道誤差，又不需要復(fù)雜迭代步驟的計(jì)算，同時(shí)還能夠適應(yīng)TDD系統(tǒng)的通信特點(diǎn) 的波束成型算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)波束成型的方法及基站，能夠有 效的抑制TDD系統(tǒng)信道誤差，消除復(fù)雜迭代計(jì)算步驟，從而有效的抑制小區(qū)間的干擾。
[0011] 為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)現(xiàn)波束成型的方法，包括：
[0012] 根據(jù)綜合信道誤差模型和下行鏈路模型建立下行波束優(yōu)化模型；
[0013] 根據(jù)建立的下行波束優(yōu)化模型，獲取最優(yōu)波束成型矩陣優(yōu)化目標(biāo)；
[0014] 分別獲取基站所在服務(wù)小區(qū)和基站所在協(xié)作簇內(nèi)除服務(wù)小區(qū)之外的各小區(qū)的信 道矩陣及各信道矩陣分別對(duì)應(yīng)的非理想?yún)?shù)；
[0015] 根據(jù)獲得的各信道矩陣及其各自對(duì)應(yīng)的非理想?yún)?shù)，和所述最優(yōu)波束成型矩陣優(yōu) 化目標(biāo)，獲取所述基站的波束成型矩陣，所述基站根據(jù)獲得的波束成型矩陣發(fā)送下行數(shù)據(jù)。
[0016] 進(jìn)一步地，所述建立下行波束優(yōu)化模型之前，該方法還包括：所述基站利用時(shí)分復(fù) 用TDD系統(tǒng)的信道互易性建立所述綜合信道誤差模型。
[0017] 進(jìn)一步地，所述在所述基站利用時(shí)分復(fù)用TDD系統(tǒng)的信道互易性建立所述綜合信 道誤差模型，具體包括：
[0018] 根據(jù)所述基站的信道狀態(tài)信息CSI的實(shí)際值和估計(jì)值，獲得估計(jì)誤差模型；
[0019] 根據(jù)所述基站的信道狀態(tài)信息CSI在估計(jì)時(shí)刻的估計(jì)值和傳輸時(shí)刻的實(shí)際值，獲 得延時(shí)誤差模型；
[0020] 將所述延時(shí)誤差模型代入所述估計(jì)誤差模型，得到所述綜合信道誤差模型。
[0021] 進(jìn)一步地，所述建立下行波束優(yōu)化模型包括：
[0022] 將所述綜合信道誤差模型聚合成矩陣形式，得到矩陣形式的綜合信道誤差模型；
[0023]根據(jù)得到的矩陣形式的綜合信道誤差模型和所述下行鏈路模型，獲取服務(wù)小區(qū)的 表示通信質(zhì)量的指標(biāo)；
[0024] 對(duì)所有服務(wù)小區(qū)的表示通信質(zhì)量的指標(biāo)做求和運(yùn)算，以最小化表示通信質(zhì)量的指 標(biāo)之和為目標(biāo)，以及以各個(gè)基站的發(fā)射功率小于預(yù)定功率作為限制條件，得到下行波束優(yōu) 化模型。
[0025] 進(jìn)一步地，所述獲取服務(wù)小區(qū)的表示通信質(zhì)量的指標(biāo)，包括：
[0026] 根據(jù)得到的矩陣形式的綜合信道誤差模型和下行鏈路模型，通過(guò)限制各個(gè)服務(wù)小 區(qū)的接收系數(shù)相同，得到服務(wù)小區(qū)的表示通信質(zhì)量的指標(biāo)。
[0027] 進(jìn)一步地，所述分別獲取基站所在服務(wù)小區(qū)和基站所在協(xié)作簇內(nèi)除所述服務(wù)小區(qū) 之外的各小區(qū)的信道矩陣及各信道矩陣分別對(duì)應(yīng)的非理想?yún)?shù)，包括：
[0028] 接收所述服務(wù)小區(qū)內(nèi)的所有終端設(shè)備UE發(fā)送的第一訓(xùn)練序列信號(hào)，根據(jù)接收到 的第一訓(xùn)練序列信號(hào)獲取所述服務(wù)小區(qū)的信道矩陣及其對(duì)應(yīng)的非理想?yún)?shù)；
[0029] 接收所述協(xié)作簇內(nèi)除所述服務(wù)小區(qū)之外的小區(qū)內(nèi)的所有終端設(shè)備UE發(fā)送的第二 訓(xùn)練序列信號(hào)，根據(jù)接收到的第二訓(xùn)練序列信號(hào)獲取所述協(xié)作簇內(nèi)除所述服務(wù)小區(qū)之外的 小區(qū)的信道矩陣及其對(duì)應(yīng)的非理想?yún)?shù)。
[0030] 進(jìn)一步地，根據(jù)接收到的第一訓(xùn)練序列信號(hào)獲取所述服務(wù)小區(qū)的信道矩陣及其對(duì) 應(yīng)的非理想?yún)?shù)，包括：
[0031] 根據(jù)接收到的第一訓(xùn)練序列信號(hào)，使用已有的信道估計(jì)算法獲得所述服務(wù)小區(qū)的 信道矩陣；
[0032] 根據(jù)獲取的所述服務(wù)小區(qū)的信道矩陣，所述基站測(cè)量所述服務(wù)小區(qū)的信道矩陣對(duì) 應(yīng)的非理想?yún)?shù)，得到所述服務(wù)小區(qū)的信道矩陣對(duì)應(yīng)的非理想?yún)?shù)。
[0033] 進(jìn)一步地，根據(jù)接收到的第二訓(xùn)練序列信號(hào)獲取所述協(xié)作簇內(nèi)除所述服務(wù)小區(qū)之 外的小區(qū)的信道矩陣及其對(duì)應(yīng)的非理想?yún)?shù)，包括 ：
[0034] 根據(jù)接收到的第二訓(xùn)練序列信