[发明专利]一种基于QoS的多小区下行MIMO鲁棒波束成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及多入多出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)通信系统，特别涉及基于QoS的多小区下行MIMO鲁棒波束成形。

背景技术

下一代蜂窝无线通信MIMO系统中，基站(Base Station,BS)间趋向于采用全频率复用方式组网，用户受到严重的小区间干扰。多小区协作下行MIMO波束成形技术可以有效消除小区间干扰，极大的提升信道容量。但是在设计多小区下行MIMO波束成形时，待优化的波束成形变量之间相互耦合，求解复杂度极高，这给求解带来了极大的困难。而上下行链路对偶性被认为是解决多小区协作波束成形算法的主要工具，其能够把复杂的多小区下行链路发射波束成形问题转换到较简单的上行链路接收问题，从而消除多小区下行MIMO波束成形变量之间的耦合性，极大降低复杂度。

鲁棒性的多小区下行MIMO波束成形设计标准中，保证用户QoS需求是其中非常重要的一种标准。传统的基于用户服务质量(Quality of Service,QoS)下多小区下行MIMO波束成形设计标准为：QoS约束下最小化总发送功率。该设计能够有效地保证满足用户的QoS需求，但是其只考虑最小化发射功率，这会导致某些信道环境较差的小区为了达到QoS条件，极大增加该小区发射信号功率，从而使得其他协作小区受到的小区间干扰加大，而影响整个多小区协作MIMO 系统的性能。

为了解决这个问题，将小区间信号泄露功率引入优化函数中，优化问题目标函数为发射功率以及小区间信号泄露功率之和，约束条件为用户的QoS约束。此设计将总发射功率作为效应函数，小区间泄露功率作为惩罚函数，优化目标函数为效应函数和惩罚函数之和，其能够获得总发射功率以及小区间泄露功率之间的某种平衡，从而最大限度地优化系统性能。已经有研究者针对这种改进设计下的多小区下行MIMO波束成形，根据上下行链路对偶性提出一种基于标准功率分配算法，但是其只适用于理想CSI的信道环境中。另外在非理想CSI环境中，研究者提出利用半定规划(Semi Definite Programming,SDP)以及二阶锥规划(Second-Order Cone Programming,SOCP)工具包求解这种改进设计下的多小区下行MIMO波束成形，但是直接利用凸优化工具包的求解方法，优化变量之间相互耦合，计算复杂度极高。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，本方法以给定QoS约束条件下最小化发射总功率以及小区间泄露总功率之和为优化目标，并通过上行性链路的对偶性，从而得到一种多小区MIMO下行鲁棒波束成形的迭代求解算法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提出一种基于QoS的多小区下行MIMO 鲁棒波束成形方法，其特征在于，包括：

S1，基于QoS的多小区下行MIMO鲁棒波束成形的新型设计；

S2，基于QoS的多小区下行MIMO鲁棒波束成形新型设计问题的近似估计；

S3，迭代算法，求解估计后的波束成形新型设计问题的算法。

所述的一种 基于QoS的多小区下行MIMO鲁棒波束成形方法，优选的，所述S1中基于QoS的多小区下行MIMO鲁棒波束成形的新型设计包括：

考虑由C个小区组成的多小区协作下行MIMO系统，BS之间共享CSI以协作进行波束成形设计，不共享用户数据信号。假设BS均配置M根天线，用户均配置单根天线，每个BS有K个激活用户。由BSi到用户(k,j)的信道矩阵表示为信道经历时间和频率平稳衰弱，信道系数相互独立，且为零均值单位方差的复高斯随机变量。用户(k,i)接收到的信号表示为：

其中：为BSi为其小区内用户(l,i)设置的的发送波束成形向量；x^(l,i)为 BSi对用户(l,i)发送的数据信号，满足E(|x^(l,i)x^(l,i)|)＝1；n^(k,i)是用户(k,i)接收到的噪声，其为零均值方差为σ²的复高斯白噪声；ρ^(k,i)是用户(k,i)接收到的小区间干扰信号，即其它协作小区泄露到用户(k,i)的干扰信号，假设用户能够测量此值，并通过上行链路回传给BS，因此对于BS，小区间干扰值已知。

用户(k,i)的SINR(用γ^(k,i)表示)为：