[发明专利]一种波束成形方法及基于该方法的异构云无线接入网络

权利要求书

1.一种波束成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A，计算蜂窝用户的数据传输速率；

所述蜂窝用户的数据传输速率通过以下公式计算得到：

其中，M＝{1,2,…,M}表示所有M个宏蜂窝网络组成的集合，N_m＝{1,2,…,N_m}表示宏蜂窝网络m中所有N_m个RRH组成的集合，J_m＝{1,2,…,J_m}表示宏蜂窝网络m中所有J_m个RRH用户组成的集合，K_m＝{1,2,…,K_m}表示宏蜂窝网络m中所有K_m个蜂窝用户组成的集合，为宏蜂窝网络m中MBS对蜂窝用户k的波束成形向量，为宏蜂窝网络m中MBS对蜂窝用户k的波束成形向量，其中m≠m,k≠k；为宏蜂窝网络m中MBS与蜂窝用户k之间的信道向量，T₁为每个MBS配有的天线数量；为宏蜂窝网络m中RRH n与蜂窝用户k之间的干扰信道向量，为宏蜂窝网络m中RRH n对RRH用户j的波束成形向量，其中n＝{1，2，…，N_m}；T₂为每个RRH配有的天线数量；为宏蜂窝网络m中的MBS与宏蜂窝网络m中的蜂窝用户k之间的干扰信道向量，C表示复数域，(·)^T表示转置；

步骤B，计算RRH用户的数据传输速率；

所述RRH用户j的数据传输速率通过以下公式计算得到：

其中，为宏蜂窝网络m中的RRH n与RRH用户j之间的信道向量，n＝{1，2，…，N_m}；宏蜂窝网络m中的MBS与宏蜂窝网络m中的RRH用户j之间的干扰信道向量；

步骤C，计算异构云无线接入网络的总数据传输速率和总功耗；

所述异构云无线接入网络中RRH用户和蜂窝用户的总数据传输速率为：

所述异构云无线接入网络中RRH和MBS的总功耗为：

其中，表示宏蜂窝网络m中RRH用户j的数据传输速率；表示宏蜂窝网络m中蜂窝用户k的数据传输速率；表示向量的2-范数的平方，表示向量的2-范数的平方；

步骤D，确定MBS和RRH的波束成形向量联合优化问题；

将所述优化问题表示为：

其中，和分别为宏蜂窝网络m中RRH和MBS的最大发射功率门限值，s.t.表示约束条件的意思；

步骤E，求解MBS和RRH的波束成形向量联合优化问题，包括以下步骤：

步骤E1，通过引入辅助变量α,β,ζ，将原优化问题式(5a)、式(5b)、式(5c)转化为如下优化问题：

s.t.α≥ζβ (6b)

步骤E2，将上述步骤E1中非凸约束条件式(6b)、式(6e)、式(6g)转化为如下凸约束条件：

其中，π、为正常数；

步骤E3，将上述步骤E1中约束条件式(6c)转化为如下三个不等式：

其中，为引入的新变量；

步骤E4，将上述步骤E3中不等式(10)转化为如下二阶锥约束形式：

其中，θ_l为引入的新变量，l＝{0，1，2，…，L+3}，L为正常数；

将上述步骤E3中不等式(11)转化为如下二阶锥约束形式：

其中，为引入的新变量，d＝{0，1，2，…，D+3}，D为正常数；

步骤E5，基于上述步骤E4中二阶锥约束的波束成形方法求解原优化问题，即将原优化问题式(5a)、式(5b)、式(5c)转化为二阶锥规划问题：

s.t.(6d),(6f),(6h),(6i),(7),(8),(9),(12),(13),(14)(15b)。

2.根据权利要求1所述的一种波束成形方法，其特征在于，步骤E5中，所述基于二阶锥约束的波束成形方法求解原优化问题具体包括如下步骤：

步骤S1，初始化迭代次数t＝0，π(0)，

步骤S2，根据π(t)求解转化后的优化问题式(15a)、式(15b)，得到解ζ(t)，β(t)，

步骤S3，更新和

步骤S4，令t＝t+1；

步骤S5，重复步骤S2至S4，直到变量π，和收敛，即得到最优解和

其中，t为算法的迭代次数，t＝0表示第0次迭代，即初始化阶段；π(0)为t＝0时，和π的初始值；π(t)，ζ(t)，β(t)，分别为第t次迭代时，π、ζ、β、和的取值。