[发明专利]一种用于多小区多用户多天线系统的波束成形方法

权利要求书

1.一种用于多小区多用户多天线系统的波束成形方法，其包括以下步骤：

1)根据收发机的硬件状况估计出接收机损伤函数η(P_t)和发射机损伤函数υ(P_r)；

具体表达式为：

η(Pt)=k1100Pt(1+(Ptk2)4)[mW],]]>

P_t为发射端天线的信号强度(单位为)，

k₁、k₂根据具体的发射端硬件条件来确定。

υ(Pr)=k3100Pr,[mW],]]>

P_r表示接收端天线所接收到的信号强度(单位为)，

k₃根据实际的接收端硬件条件来确定。

2)初始化波束成形矩阵表示用户MU(k，n)的波束成形矩阵的自相关矩阵，即Wnk=wnk(wnk)H]]>

MU(k，n)表示第n个小区的第k个用户；

表示的共轭转置；

k为用户编号，K为用户数量；

n为基站编号，N为基站数量。

3)初始化发射端损伤矩阵约束条件为

表示单根发射天线的信号强度；

n_t为发射天线的编号，N_t为基站的发射天线数。

4)根据统计信息，估计出信道系数误差方差矩阵的上限ε，即||Δ||≤ε，Δ为信道系数误差方差矩阵。同时根据当前的接收机反馈到发射机的信息，估计出信道系数(h~m,nk)k=1,m=1,n=1KNN,]]>

令表示估计信道系数方差矩阵；

为的共轭转置；

m为小区编号，N表示小区数(因为假定是单基站小区，所以小区数跟基站数一样)；

5)对于问题：

min{wmk}Σm,k||wmk||2]]>

s.t.min{Δm,nk}(wmk)H(R~m,mk+Δm,mk)(wmk)I1(k,m)+I2(k,m)+I3(k,m)+I4(k,m)+σ2≥γmk]]>

||Δm,nk||≤ϵ,R~m,nk+Δm,nk≥0]]>

∀k=1,...,K,∀m,n=1,...,N.]]>

表示QoS约束中的SINR下限；

SINR为Signal-to-Interfefence-Ratio，信干噪比；

σ²表示热噪声系数；

R~m,nk+Δm,nk≥0]]>表示矩阵R~m,nk+Δm,nk]]>为半正定矩阵；

其中：

I1(k,m)=Σl=1,l≠kK(wml)H(R~m,mk+Δm,mk)(wml)]]>

I2(k,m)=Σn=1,n≠mNΣl=1K(wnl)H(R~m,nk+Δm,nk)(wnl)]]>

I3(k,m)=Σn=1N(hm,nk)HCn(hm,nk)]]>

I4(k,m)=(k3100)2Σn=1NΣl=1K(wnl)H(R~m,nk+Δm,nk)(wnl)]]>

可以转换为以下优化方程(P1)：

给定(h~m,nk)k=1,m=1,n=1KNN]]>、ε、{γmk}k=1,m=1KN,]]>令Ank=Wnk-γnkΣl=1,l≠kKWnl,]]>

min{wmk,smk}Σm,ktr(Wmk)]]>

s.t.-tr(R~m,mk(Smk-Amk))-ϵ||Smk-Amk||≥]]>

γmk(Σn=1,n≠mNΣl=1Ktr(R~m,nkWnl)+ϵ||Wnl||)+]]>

γmk(Σn=1Ntr(R~m,nkCn)+ϵ||Cn||)+γmkσ2+---(P1)]]>

γmk((k3100)2Σn=1NΣl=1Ktr(R~m,nkWnl)+ϵ||Wnl||),∀m,n,k]]>

tn,nt≥η2(Xn,nt),∀n,nt]]>

Smk≥0,Wmk≥0,∀m,k]]>

根据求解出的的秩，如果则的主特征向量就是最优解；如果则需要利用标准随机化法构造一个秩为1并且近似于的矩阵，进而获得最优解。

2.根据权利要求1所述的用于多小区多用户多天线系统的波束成形方法，其中步骤5)中可以对所述问题转化为以下优化方程(P2)：

给定(h~m,nk)k=1,m=1,n=1KNN]]>、ε、{γmk}k=1,m=1KN,]]>令Ank=Wnk-γnkΣl=1,l≠kKWnl,]]>

min{wmk}Σm,ktr(Wmk)]]>

s.t.tr((Rm,mk-αI)(Wml))≥γmk(Σl=1,l≠kKtr((R~m,mk+ϵI)Wml))+]]>

γmk(Σn=1,n≠mNΣl=1Ktr((R~m,nk+ϵI)Wnl))+γmk(Σn=1Ntr((R~m,nk+ϵI)Cn))+---(P2)]]>

γmk((k3100)2Σn=1NΣl=1Ktr((R~m,nk+ϵI)Wnl)+σ2),∀m,n,k]]>

tn,nt≥η2(Xn,nt),∀n,nt]]>

Wmk≥0,∀n,m,k]]>

根据求解出的的秩，如果则的主特征向量就是最优解；如果则需要利用标准随机化法构造一个秩为1并且近似于的矩阵，进而获得最优解。