分布式天线系统下行信道稀疏波束形成方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种分布式天线系统下行信道稀疏波束形成方法及装置，包括：根据基站、基站内天线，确定下行链路多小区协作系统模型；根据所述系统模型内用户与基站的情况，计算基站服务用户需要的总回程容量；根据总回程容量，设计稀疏波束形成向量。本发明专利技术通过使用稀疏波束形成向量来解决上述问题，即为每个用户设计一个全网络稀疏波束形成向量，在远程用户的信噪比固定的前提下，在所有基站上寻找总发射功率和总回程容量之间的最佳权衡。由于较高的回程容量允许更多的基站同时进行协作服务，因此导致更低的区间干扰，从而降低在固定信噪比时服务用户所需的传输功率，为用户确定最佳服务基站集，并为每个用户设计最佳的全网络波束形成向量。

Sparse Beamforming Method and Device for Downlink Channel of Distributed Antenna System

The invention relates to a method and device for sparse beamforming of downlink channel in distributed antenna system, which includes: determining the downlink multi-cell cooperative system model according to the antenna of base station and base station; calculating the total return capacity of base station service users according to the situation of users and base station in the system model; and designing sparse beamforming vector according to the total return capacity. The present invention solves the above problem by using sparse beamforming vectors, that is, designing an all-network sparse beamforming vector for each user, and finding the best trade-off between total transmit power and total return capacity on all base stations on the premise of fixed signal-to-noise ratio of remote users. Because higher return capacity allows more base stations to cooperate with each other at the same time, it leads to lower interval interference, which reduces the transmission power required to serve users at a fixed signal-to-noise ratio, determines the best set of service base stations for users, and designs the best all-network beamforming vector for each user.

【技术实现步骤摘要】
分布式天线系统下行信道稀疏波束形成方法及装置
本专利技术属于天线设备
，具体涉及一种分布式天线系统下行信道稀疏波束形成方法及装置。
技术介绍
目前，无线蜂窝网络迅速发展，为了满足逐日增加的高速数据需求，无线蜂窝网络的部署正逐渐向更小的单元尺寸发展。多节点下行链路网络中的干扰问题管理近来一直是一个深入研究的话题。蜂窝间干扰现在是蜂窝网络中的主要物理层瓶颈。已被普遍接受的观点是，将诸如多输入多输出(MIMO)天线阵列的物理层技术与多小区协调相结合可以有效地减轻小区间和小区内干扰。它允许相邻的基站相互配合来进行用户数据的联合预编码和联合处理，是一种可用于缓解小区间干扰缓解的、有潜力的技术。这种新兴的架构被称为网络多路输入多路输出，具有显着的提高蜂窝网络整体吞吐量的潜力。多点协作是指将邻近基站聚集形成多点协作集合，集合内的基站相互协调以减轻移动台的干扰。主要有两种方法：协调波束形成(CB)和联合处理(JP)。传统的无线系统设计使用蜂窝式结构，将不同小区和基站按蜂窝式排列，每个小区用户的接收信号为与其相对应的基站所发信号，其余小区内的基站所发信号被视为噪声，并且一般情况下认为区间干扰受到限制。假设每个基站有多个天线，远程用户为单天线用户。每个小区内的各个用户可能同时处于活动状态。假如跨越小区，使各个基站信号能够联合处理，从而减少甚至消除小区间干扰，提高通信网络的性能。尽管每一个移动台的数据都分布在不同的基站上并且在同时传输，但是每一个移动台只由一个基站提供服务。由于每个用户的数据都提供给每个基站，它为每个移动台生成一个虚拟的大型天线矩阵，这极大地增加了回程容量的需求量。在传输率较低时，回程传输的用户数据的数量大大超过信道状态信息，为了缓解容量过大的状况，只需要将用户数据分布到一个协作基站的子集，称为基站集群，但是如何确定最佳服务基站集，以及如何为每个用户设计最佳的全网络波束形成向量是目前需要解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种分布式天线系统下行信道稀疏波束形成方法及装置，以解决现有技术中无法确定最佳服务基站集以及无法确定如何为每个用户设计最佳的全网络波束形成向量的问题。为实现以上目的，本专利技术采用如下技术方案：一种分布式天线系统下行信道稀疏波束形成方法，包括：根据基站、基站内天线，确定下行链路多小区协作系统模型；根据所述系统模型内用户与基站的情况，计算基站服务用户需要的总回程容量；根据总回程容量，设计稀疏波束形成向量。进一步的，所述下行链路多小区协作系统模型，包括：L个基站，且每个基站有M个天线、K个用户和1个中央处理单元；其中，所有用户均为单天线用户，且每个用户只选择其中一个基站服务；所述中央处理单元用于访问所有用户数据和信道状态信息并将所述用户数据分配给为其服务的基站。进一步的，所述根据所述系统模型内用户与基站的情况，计算基站服务用户需要的总回程容量，包括：假定用户在所有基站上形成的传输信号向量；根据所述传输信号向量计算用户处接收的信号；通过所述用户处接收的信号计算用户的信噪比；根据用户的信噪比计算用户的速率；通过用户的速率计算基站服务用户需要的总回程容量；其中，如果基站不在用户的服务集群中，则所述传输信号向量为零；用户处接受的信号是预期信号、小区内部干扰和区间干扰的和。进一步的，还包括:假定基站在用户数据速率为常数，计算最小化的基站到用户的发射信号向量。进一步的，所述预期信号服从均值为0、方差为1的正态分布；所述小区内部干扰包括：用户的加性白噪声，所述加性白噪声服从均值为0、方差为σ2的正态分布。进一步的，所述根据总回程容量，设计稀疏波束形成向量，包括：计算小区内用户的信噪比；通过所述信噪比计算用户的最小化总发射功率；对所述总回程容量进行加权的功率最小化；设计稀疏波束形成向量。进一步的，所述对所述总回程容量进行加权的功率最小化，包括：通过基站和用户相关联的权重对所述总回程容量进行优化；对所述基站和用户相关联的权重进行更新；通过拉格朗日对偶形式以及最优解标量因子，获得在于最小化上行链路综合功率。进一步的，所述通过所述信噪比计算最小化总发射功率，包括：传统的无线蜂窝系统、常规系统以及多单元系统。进一步的，设计稀疏波束形成向量，包括：初始化常数η，初始化通过基站和用户相关联的权重；利用定点法求出最优对偶变量；计算最佳的双上行链路接收机波束形成向量；计算标量并更新最优解；根据标量和最优解更新基站和用户相关联的权重；重复上述步骤直到最优解趋于定值。本申请实施例提供一种分布式天线系统下行信道稀疏波束形成装置的，包括：第一确定模块，用于根据基站、基站内天线，确定下行链路多小区协作系统模型；计算模块，用于根据所述系统模型内用户与基站的情况，计算基站服务用户需要的总回程容量；设计模块，用于根据总回程容量，设计稀疏波束形成向量。本专利技术采用以上技术方案，能够达到的有益效果包括：本专利技术通过使用稀疏波束形成向量来解决上述问题，即为每个用户设计一个全网络稀疏波束形成向量，在远程用户的信噪比固定的前提下，在所有基站上寻找总发射功率和总回程容量之间的最佳权衡。由于较高的回程容量允许更多的基站同时进行协作服务，因此导致更低的区间干扰，从而降低在固定信噪比时服务用户所需的传输功率，为用户确定最佳服务基站集，并为每个用户设计最佳的全网络波束形成向量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种分布式天线系统下行信道稀疏波束形成方法的步骤示意图；图2为本专利技术提供的下行链路多小区协作系统模型的结构示意图；图3为本专利技术提供的分布式天线系统下行信道稀疏波束形成装置的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。下面结合附图介绍本申请实施例中提供的一个具体的分布式天线系统下行信道稀疏波束形成方法及装置。阴影衰落一般表示为电波传播距离r的m次幂宇表示阴影损耗的正态对数正态对数分量的乘积。移动用户和基站之间的距离r时，传播路径损耗和阴影衰落可以表示为：式中，ξ是由于阴影产生的对数损耗(单位符号：dB)，服从零平均和标准偏差σdB的对数正态分布。m是路径损耗指数。当用dB表示时，上式变为10lgl(r,ξ)＝10mlgr+ξ(2.2)实验数据表明，当m＝4，标准差σ＝8dB是合理的。短期快衰落是由于移动台运动和地点变化而产生的。其中，多径效应产生时间扩散，在时域上引起信号的时延扩展，使得接收信号的信号分量展宽，相应地在频域上规定了相关带宽性能，引起信号符号间干扰；运动产生多普勒效应，引起信号相位变化，不同的测试环境有不同的短期快衰落特性。多天线技术,就是指在一个小区内(基站,和/或移动终端)设立多根天线,通过空间复用或空间分级来达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式天线系统下行信道稀疏波束形成方法，其特征在于，包括:，根据基站、基站内天线，确定下行链路多小区协作系统模型；根据所述系统模型内用户与基站的情况，计算基站服务用户需要的总回程容量；根据总回程容量，设计稀疏波束形成向量。

【技术特征摘要】
1.一种分布式天线系统下行信道稀疏波束形成方法，其特征在于，包括:，根据基站、基站内天线，确定下行链路多小区协作系统模型；根据所述系统模型内用户与基站的情况，计算基站服务用户需要的总回程容量；根据总回程容量，设计稀疏波束形成向量。2.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述下行链路多小区协作系统模型，包括：L个基站，且每个基站有M个天线、K个用户和1个中央处理单元；其中，所有用户均为单天线用户，且每个用户只选择其中一个基站服务；所述中央处理单元用于访问所有用户数据和信道状态信息并将所述用户数据分配给为其服务的基站。3.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述根据所述系统模型内用户与基站的情况，计算基站服务用户需要的总回程容量，包括：假定用户在所有基站上形成的传输信号向量；根据所述传输信号向量计算用户处接收的信号；通过所述用户处接收的信号计算用户的信噪比；根据用户的信噪比计算用户的速率；通过用户的速率计算基站服务用户需要的总回程容量；其中，如果基站不在用户的服务集群中，则所述传输信号向量为零；用户处接受的信号是预期信号、小区内部干扰和区间干扰的和。4.根据权利要求3所述的形成方法，其特征在于，还包括:假定基站在用户数据速率为常数，计算最小化的基站到用户的发射信号向量。5.根据权利要求3所述的形成方法，其特征在于，所述预期信号服从均值为0、方差为1的正态分布；所述小区内部干扰包括：用户的加性白噪声，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆生，展爱云，王娟，杜飞，黄德昌，
申请(专利权)人：钟祥博谦信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42