[發明專利]一種多小區OFDMA網絡下魯棒性的三維波束賦形方法

有效

• 申請號: 201410322952.5
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN104079335A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 邢成文;周園;費澤松;匡鏡明
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及一種三維波束賦形方法，特別涉及一種多小區正交頻分多址接入(OFDMA)網絡下魯棒性的三維波束賦形(3D?MIMO?Beamforming)方法，屬于通信技術領域。?

背景技術

新一代移動通信系統(如LTE,WiMAX)普遍采用正交頻分多址(OFDMA)技術，希望頻率復用因子盡可能接近1以提高頻譜效率。降低復用因子加劇了小區間共信道干擾(CCI)，使其成為制約系統容量的瓶頸。近年來提出的基站協作技術通過共享多小區用戶信息，協同調整多個基站的物理層與鏈路層參數以降低CCI，理論性能顯著優于傳統的抑制CCI方法。?

隨著智能手機的普及以及無線多媒體應用的快速增長，無線數據的需求也大幅增加。MIMO技術可以在不增加帶寬以及發送功率的情況下，提高系統的信道容量，因而成為無線通信領域中研究的最廣泛的技術之一。現有的MIMO技術大多只考慮水平天線模式或方位角分量，而忽略了垂直天線模式或下傾角，這并不符合實際的無線信道情況。3D?MIMO由于其更大的自由度，實現了信道和天線模型的三維化，更加貼切地反映了實際的MIMO信道，因而成為未來無線通信系統的候選技術之一。?

與傳統的波束賦形技術相比，三維波束賦形(3D?MIMO?Beamforming)技術可以進一步減小小區間的干擾，并且可以通過下傾角的自適應調整減小導頻信號間的干擾，因而獲得了越來越多的關注。三維波束賦形(3D?MIMO?Beamforming)既在水平方向，又在垂直方向形成波束，充分發掘空間三維自由?度，進而提高系統吞吐量和頻率效率，滿足日益增長的數據業務的需求，是MIMO技術未來很有潛力的方向之一。如圖1所示，傳統的2D?Beamforming，可以區分水平方向的用戶UE2和UE3，但是當用戶UE1和UE2在相同的水平方向時，傳統的Beamforming無法對用戶進行區分，但是這兩個用戶到基站的豎直角度不相同，所以可以通過豎直方向波束對用戶進行區分，如UE4和UE5。?

三維波束賦形(3D?MIMO?beamforming)要求基站知道完美的信道狀態信息(Channel?state?information，CSI)。但是在實際場景下，基站很難獲得完美的信道狀態信息。一方面，因為信道狀態信息通常是由信道估計和信道反饋來獲得的，然而有限的反饋或者時延都會導致信道不準確。另外，用戶的快速移動以及信道的時變特性也會影響信道估計的精度。信道估計的不準確性會產生信道估計誤差，這將大大降低系統的性能。另一方面，在3D?MIMO中，需要估計額外的系統參數，增加了一個自由度，因而獲得可靠的CSI更加困難。因此，三維波束賦形的魯棒性設計成為了一個關鍵性問題。?

發明內容

本發明的目的是為解決3D?MIMO中存在的信道估計誤差問題，提出了一種多小區OFDMA網絡下三維波束賦形的魯棒性設計方法，應用該方法，可以在信道估計有誤差并且保證接收端用戶服務質量(QoS)的前提下，魯棒性地使基站總功率最小。?

本發明方法的思想是首先根據信道誤差模型，利用機會約束優化方法，將不確定的約束條件轉化為概率模型，然后利用衰落信道的統計分布，將概率約束條件轉換為確定的約束條件，最后提出了一種分布式波束賦形算法以達到優化基站發射功率的目的。?

本發明方法是通過如下技術方案實現的：?

一種多小區OFDMA網絡下魯棒性的三維波束賦形方法，包括以下步驟：?

步驟1，首先網絡中各基站定期根據自身服務用戶UE的位置(一定的方位?角φ和下傾角θ)根據下式計算水平天線增益A_H(φ)和垂直天線增益A_V(θ)：?