[发明专利]一种实现波束成型的方法及基站

说明书

技术领域

本发明涉及多小区多入单出（MISO，Multi-Input Single-Output）无线通信技术，尤指一种基于时分复用（TDD）系统的实现波束成型的方法及基站。

背景技术

以长期演进（LTE）为代表的第三代移动通信技术（3G）的演进型系统，实现了移动通信在3G之后的一次阶段性变革。为了进一步满足国际电信联盟的高级国际通信技术（ITU IMT—Advanced）的要求，同时也作为LTE技术的演进，3GPP通过了LTE的增强技术（LTE-A，LTE-Advanced）作为第四代移动通信技术（4G）标准的一个提案。多小区MIMO是LTE-A关键技术之一。同时，为了满足系统高速率及高频谱利用率的要求，LTE-A下行采用正交频分多址（OFDMA）的接入方式，这样在两个小区的结合边缘处，信道频率可能相同，因而在小区边缘处的用户对邻小区将会产生很强的干扰。这样导致的结果就是：为了保证用户的通信量，需要大幅提升整个小区发送功率；而如果保证较低的发送功率，小区的吞吐量又会大幅下降。因此小区间的干扰抑制是LTE-A系统研究的关键课题之一。

当前多小区干扰抑制的一个研究热点就是调整天线的分配波束成型，它的设计目的在于通过调整天线的分配，即确定每个用户在每个子载波上传输时应该怎样配置发射天线，以及基站应该怎样配置接收天线，来使发送波束在最大限度上与接收天线相正交。波束成型技术的目的就是通过多个基站合作来降低小区间的干扰。

对于多天线系统而言，传统方案把所有信息汇总到一个中央处理器（CPU）来计算整个系统的最优化问题，但是，由于X2接口的带宽和中央处理器的计算能力受限，这种方案比较难实现。所以需要采用信息交互开销和计算开销比较少的分布式方案，每个基站通过交互得到其它小区信息，再根据本地的信息，计算本小区的最优化问题，以迭代的方式得到系统的解。所以分布式框架具有较高可行性。但是，分布式框架下算法迭代的收敛性与收敛速度也是需要考虑的问题，往往需要迭代过程的算法在时间上有明显的缺陷，因此，分布式方案在实际情况下不具备应用价值。

此外，传统的波束成型算法大多假设系统进行理想的信道状态信息（CSI，Channel State Information）估计，即估计到的CSI与实际CSI相比不存在任何误差。而在实际的时分复用（TDD）系统中是存在估计误差和延时误差的，这样，造成了传统的波束成型算法在实际系统中会有严重的性能下降。

为了提高传统的波束成型算法在实习系统中的性能，现有技术中考虑CSI误差对系统的影响，B.Dai,W.Xu,and C.Zhao的研究成果“带有延迟的码本CSI反馈的多小区通信系统中的最优MMSE下行波束成型算法”（“Optimal MMSE beamforming for multiuserdownlink with delayed CSI feedback using codebooks”in Proc.IEEEGlobecom,Houston,USA,Dec.2011）中，考虑了延时误差和估计误差同时存在的信道，对非理想信道进行了建模。基于非理想信道模型，文献设计了单小区下的鲁棒性波束成型问题，并且得到了鲁棒性问题的最优解。通过仿真，文献证明了提出的算法与传统波束成型算法相比，能够有效的克服延时误差和估计误差这两种误差带来的性能损失。但是文章考虑的模型仅局限于单小区范围内，不具有实用价值。

为了提高传统的波束成型算法在实习系统中的性能，以及为了有更好的实用价值，该领域的研究者Bogale,T.E.，Vandendorpe,L.和Chalise,B.K.的研究成果“Robust Transceiver Optimization for Downlink Coordinated Base Station Systems:Distributed Algorithm（下行合作的基站系统中的鲁棒性发送波束：分布式算法）”in IEEE Trans.on Sig.Process.Vol.60,No.1,January2012，考虑了多小区系统中信道估计误差和延时误差对系统的影响，并以平均均方误差（AMSE）为优化目标进行计算。计算中采用了发送和接收波束交替优化的迭代形式的计算方式，最终得到最优解。但是，因为算法需要大量迭代步骤，工程实现性不高。

另外，工业界3GPP标准规定了TDD系统的上下行链路采用同一个频段不同的时隙进行通信。所以基站可以根据用户上行发送的训练序列，也叫做Sounding信号来估计信道。所以，可以以TDD系统的特有机制作为出发点，设计分布式的合作机制。