[发明专利]最大化吞吐量的多小区联合波束成形设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信技术领域的方法，具体是一种最大化吞吐量的多小区联合波束成形设计方法。 

背景技术

近年来，随着无线通信技术的飞速发展，无线通信大业务量、高速率和高频谱效率的要求日益迫切。在下一代无线通信系统中，频率复用因子为1，存在严重的同信道干扰(Co-Channel Interference，CCI)。作为抑制CCI的关键技术，波束成形技术得到了高速发展和广泛应用。但是，传统的单小区处理将小区间干扰当作噪声，制约了系统性能的大幅提升。多小区联合处理利用基站间信息交互，协作设计传输方案，很大程度上抑制CCI，提升系统性能，因而成为了下一代无线通信系统的关键技术之一。 

目前，多小区联合波束成形设计主要有三种准则：1)保证用户QoS的条件下最小化总发射功率；2)在功率约束下最大化系统吞吐量；3)保证用户间公平性，满足功率约束下优化最差用户性能。 

现有技术中公开了H.Dahrouj and W.Yu的文献“Coordinated beamforming for the multicell multi-antenna wireless system(多小区多天线无线系统的协作波束成形)”，IEEETransactions on Wireless Communications，vol.9，no.5，pp.1748-1759，May.2010，它针对第一种设计准则利用拉格朗日上下行对偶提出一种通过固定点迭代求解上行参数从而确定下行波束成形向量的设计方法。D.Nguyen and T.Le-Ngoc的文献“Multiuser downlink beamforming in multicell wireless systems：A game theoretical approach(多小区无线系统中多用户下行波束成形设计的博弈论方法)”，IEEE Transactions on Signal Processing，vol.55，no.7，pp.3326-3338，Jul.2011，对于同样的问题提出了基于博弈论的能够分布式处理的波束成形设计方法。 

D.W.H.Cai，T.Q.S.Quek and C.W.Tan的文献“Coordinated max-min SIRoptimization in multicell downlink-duality and algorithm(多小区下行协作最大最小信干 比优化的对偶问题和算法)”，in Proceedings of IEEE International Conference onCommunications，Jun.2011，采用拉格朗日对偶和非线性Perron-Frobenius定理给出在多个加权功率约束条件下的最大化最小加权信干比的波束成形设计方法。 

目前比较多的研究是针对第一种和第三种准则的，优化系统吞吐量的问题由于很难转化为凸优化形式，因而针对此问题的算法比较少。 

L.Venturino，N.Prasad and X.Wang的文献“Coordinated linear beamforming in downlink multi-cell wireless networks(多小区无线网络的下行协作线性波束成形)”in42nd Asilomar Conference on Signals，Systems and Computers，pp.356-360，Oct.2008，在每个基站功率约束下最大化系统加权和速率，通过对优化问题的Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件的分析，确定最优波束成形向量的结构，然后通过迭代的方法求解KKT条件确定相应系数。该算法称为ICBF(Iterative Coordinated Beam-Forming)算法，其计算时间随用户数近似线性增加，不适用于用户数较多的场景。 

J.Yang and D.K.Kim的文献“Multi-cell uplink-downlink beamforming throughput duality based on Lagrangian duality with per-base station power constraints(基站功率约束下的基于拉格朗日对偶的多小区上下行吞吐量对偶波束成形)”IEEE Communications Letters，vol.12，no.4，pp.277-279，Apr.2008，推导了在每个基站功率约束下系统下行吞吐量的拉格朗日对偶问题和波束成形向量结构，但是并没有给出求解算法，并且假设每个小区单用户，不存在小区内干扰。