[發明專利]基于收發機損耗的下行鏈路波束成形方法及其系統

有效

• 申請號: 201310156520.7
• 申請日: 2013-04-28
• 公開（公告）號: CN103259585A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 黃永明;夏燦鋒;何世文
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/08;H04B17/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于收發機損耗的下行鏈路波束成形方法，其特征在于，

步驟一，根據硬件系統射頻端指標數據，建立發射機損耗模型和接收機損耗模型；

步驟二，初始化接收端權衡系數和波束成形矩陣；

步驟三，根據初始化權衡系數和波束成形矩陣，計算最差用戶均方誤差值，或計算所有用戶的均方誤差總和值；

步驟四，固定接收端權衡系數，根據最優化算法，最小化最差用戶均方誤差值，或最小化所有用戶的均方誤差總和值；

步驟五，根據優化前后的均方誤差值判斷是否滿足迭代終止條件，從而更新最佳接收端權衡系數；最后輸出優化后的接收機權衡系數和波束成形矩陣。

2.根據權利要求1所述的一種基于收發機損耗的下行鏈路波束成形方法，其特征在于：

所述步驟一中，發射機損耗模型η(p_t)和接收機損耗模型v(p_r)；η(p_t)表示以p_t為自變量的函數，其中p_t表示射頻端發射信號的幅值，其具體表達式為η(pt)=k1100pt(1+(ptk2)4)[mW],]]>其中k₁和k₂是模型參數，依據硬件系統射頻端指標確定；ν(p_r)表示以p_r為自變量的函數，其中p_r表示射頻端接收信號的幅值，其具體表達式為系數k₃/100為硬件系統射頻端指標數據值；

所述步驟二中，初始化接收端權衡系數得到接收端權衡系數的初始賦值ε為任意復數；初始化波束矩陣使得波束矩陣的初始賦值為其中w_i,j＝C^Nt×1；

i為小區編號，j為用戶編號，N為協作小區數量，K為每個小區內用戶數量；n表示迭代次數，初始值為0；

為表示第i小區j用戶的接收機權衡系數；

為表示第i個小區基站的波束成形矩陣，

其中w_i,j＝C^Nt×1表示基站i對用戶j的波束向量；

所述步驟三中，將初始化后的接收端權衡系數和波束矩陣代入MSE計算公式

MSEi,j=|ui,j(n)|2∑m=1N∑k=-1Khm,i,jHwm,kwm,kHhm,i,j+|ui,j(n)|2∑m=1N∑nt=1Nthm,i,jHTnthm,i,jtm,nt2+]]>

|ui,j(n)|2(ri,j2+σ2)-ui,j(n)*hi,i,jHwi,k-wi,jHhi,i,jui,j(n)+1]]>

計算得從而得到輔助變量τ⁽ⁿ⁾的初始值τ⁽⁰⁾＝maxMSE_i,j；

表示{MSE_1,1,…,MSE_1,K,……MSE_N,1,…,MSE_N,K},MSE_i,j表示第i小區第j用戶的均方誤差；

表述的模；表示的共軛；

h_m,i,j表示基站m對小區i中用戶j的信道系數；表示h_m,i,j的共軛轉置；

w_m,k表示基站m對用戶k的波束向量；為w_m,k的共軛轉置；

w_m,k與的關系1Wi(n)=[wi,1,...,wi,K];]]>

σ²表示噪聲的功率；n_t為天線編號，每個基站有N_t根天線；

是對角陣（在對角線上第n_t個元素為1，其余位置為0），用于取出第n_t根天線的發射幅度；

表示基站m的第n_t根天線的發射機損傷變量，這一步計算MSE初始值中令其中表示發射信號的幅度，||·||_F表示取F范數；

r_i,j表示小區i中用戶j的接收機損耗變量，這一步計算MSE初始值中令ri,j=v(∑m=1N||hm,i,jHWm(n)||F2);]]>

所述步驟四中，給定利用二階錐規劃優化算法獲得最佳波束矩陣和優化指標τ⁽ⁿ⁺¹⁾，求解優化方程P1：

minWi(n+1),ti,nt,ri,jτ(n+1)]]>

s.t.ti,nt≥0,ri,j≥0,∀i,j,nt]]>

tr(Wi(n+1)HQi,kWi(n+1))+∑nttr(Qi,kTnt)ti,nt2≤qi,k,∀i,k]]>

MSEi,j≤τ(n+1),∀i,j---(P1)]]>

η(||TntWm(n+1)||F)≤tm,nt,∀m,nt]]>

v(∑m=1N||hm,i,jHWm(n+1)||F2)≤ri,j,∀i,j]]>

其中，表示的共軛轉置；

是半正定矩陣且L_i表示約束條件數。當系統采用總功率限制時，則，L_i＝1；當系統采用每根天線功率限制時，則Q_i,k表示第i個小區基站的功率限制條件，且第k個對角線元素非零，即Q_i,k＝T_k，L_i＝N_t，其中k＝1,…,L_i；q_i,k表示基站i的第k個功率約束；

表示基站i的第n_t根天線的發射機損傷變量，引入的目的是使發射機損耗約束條件變成凸條件；

r_i,j表示小區i中用戶j的接收機損耗變量，引入的目的是使接收機損耗約束條件變成凸條件；

所述步驟五中，如果|τ⁽ⁿ⁺¹⁾-τ⁽ⁿ⁾|≥δ，則令n＝n+1，將代入式右邊，更新最佳接收端權衡系數，獲得并轉步驟（3）；否則輸出波束矩陣和即為優化結果；

其中，δ表述算法迭代收斂的精度；

B_i,j為輔助變量，Bi,j=∑m=1N∑k=1Khm,i,jHwm,kwm,kHhm,i,j+∑mN∑ntNthm,i,jHTnthm,i,jtm,nt2ri,j2+σ2]]>