[發(fā)明專利]大規(guī)模MISO多小區(qū)低復雜度波束生成方法

有效

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• 申請日: 2014-10-14
• 公開（公告）號: CN104363035B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發(fā)明（設計）人: 黃永明;施妍如;何世文;范立行;楊綠溪
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456;H04B7/024
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發(fā)明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種在大規(guī)模系統(tǒng)下的MISO多小區(qū)低復雜度波束生成方法。

背景技術

隨著指數級增長的數據量需求以及用戶數量的不斷增長，傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)對無線數據等資源的高質量服務已顯得非常吃力，并且小區(qū)邊緣用戶的性能受到了嚴重影響，因此大規(guī)模系統(tǒng)作為下一代通信系統(tǒng)的關鍵技術得到了廣泛的研究。但是大規(guī)模系統(tǒng)中波束設計涉及到一個大維矩陣的求逆，通常矩陣求逆運算復雜度為其中n為矩陣維數，這對于大規(guī)模系統(tǒng)來說，復雜度是無法接受的，因此如何降低矩陣求逆復雜度成為了無線通信領域的一大研究熱點。目前的文獻里，通常是基于單小區(qū)多用戶的下行優(yōu)化問題來進行求解，這種解法由于優(yōu)化變量間的耦合問題一般無法擴展到多小區(qū)多用戶的情況；對于多小區(qū)多用戶的應用場景，目前的文獻基于下行優(yōu)化問題只給出了一個上界，沒有得到一個精確解，也沒有考慮到上下行的對偶特性以及相關信道模型下只利用大尺度信道信息進行功率分配的求解方法。所以本發(fā)明引入了上下行對偶性的特點，將下行的最大化最差信干噪比求解最佳波束問題轉化為上行問題，并且通過引入關于t的隨機函數，使得求解波束的系數只依賴于大尺度信道信息。另外大規(guī)模系統(tǒng)由于其在只需較少反饋信息的情況下，就可大幅提升系統(tǒng)容量方面的特性得到了廣泛的關注，為此，本發(fā)明設計了一種在大規(guī)模系統(tǒng)下的多小區(qū)低復雜度波束生成方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了基于相關信道模型，只需大尺度信道信息、有效降低大維矩陣求逆復雜度的MISO(多輸入單輸出)多小區(qū)低復雜度波束生成方法。

本發(fā)明提供的大規(guī)模MISO多小區(qū)低復雜度波束生成方法包括以下步驟：

(1)將上下行傳輸的對偶性引入到最大化最差信干噪比的優(yōu)化問題中，將優(yōu)化變量解耦，得到該優(yōu)化問題的最佳波束為MMSE波束w^opt；

(2)由泰勒展開式以及二項式展開定理，將用戶的MMSE波束轉化

為如下的截斷多項式形式：

其中N為截斷多項式的階數，u₀,…,u_N-1為截斷多項式的標量系數；

K為基站數，每個基站天線有M_j根，I為每個基站所服務的用戶數，是

用戶的編號，P_j為第j個基站的發(fā)射功率；

是基站對用戶的波束矢量；

和為向下和向上取整；

是用戶m的虛擬上行功率；

表示用戶m的噪聲；

為基站m的上行虛擬噪聲方差；

d_n,m為基站與第個基站中的第個用戶之間的大尺度衰落；

R_n,m為基站與第個基站中的第個用戶之間的信道協(xié)方差矩陣；

為基站n的天線數；z_n,m為基站與第個基站中的第個用戶之間的小尺度衰落；

為基站與第個基站中的第個用戶之間的信道系數；

表示H_m不包含

(3)通過截斷矩陣A_m、B_m,n、C_m，求解滿足單基站約束下的最大化最差信干噪比優(yōu)化問題的截斷多項式最優(yōu)系數u^opt；

(4)通過u^opt、和v，得到截斷多項式波束矢量

(5)通過得到的截斷多項式波束矢量以及最大化最差信干噪比獲得的下行傳輸功率p，計算信干噪比，其中表示用戶m的下行傳輸功率。

上述方法的步驟(3)中，通過截斷矩陣A_m、B_m,n、C_m，求解滿足單基站約束下的最大化最差信干噪比優(yōu)化問題的截斷多項式最優(yōu)系數u^opt包括如下步驟：

①引入關于t的隨機函數X_m(t)、Z_m,n(t₁,t₂)：

②求解隨機函數X_m(t)關于t在t＝0處的1～l階導數以及Z_m,n(t₁,t₂)關于t₁、t₂在t₁＝0、t₂＝0處的1～l、1～k階導數