一種實現(xiàn)波束成型的方法及基站的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及多小區(qū)多入單出（MISO，Multi_InputSingle-Output)無線通信技術， 尤指一種基于時分復用（TDD)系統(tǒng)的實現(xiàn)波束成型的方法及基站。
【背景技術】
[0002] 以長期演進（LTE)為代表的第三代移動通信技術（3G)的演進型系統(tǒng)，實現(xiàn)了移 動通信在3G之后的一次階段性變革。為了進一步滿足國際電信聯(lián)盟的高級國際通信技術 (ITUMT-Advanced)的要求，同時也作為LTE技術的演進，3GPP通過了LTE的增強技術 (LTE-A，LTE-Advanced)作為第四代移動通信技術（4G)標準的一個提案。多小區(qū)MM0是 LTE-A關鍵技術之一。同時，為了滿足系統(tǒng)高速率及高頻譜利用率的要求，LTE-A下行采用 正交頻分多址（0FDMA)的接入方式，這樣在兩個小區(qū)的結合邊緣處，信道頻率可能相同，因 而在小區(qū)邊緣處的用戶對鄰小區(qū)將會產生很強的干擾。這樣導致的結果就是：為了保證用 戶的通信量，需要大幅提升整個小區(qū)發(fā)送功率；而如果保證較低的發(fā)送功率，小區(qū)的吞吐量 又會大幅下降。因此小區(qū)間的干擾抑制是LTE-A系統(tǒng)研究的關鍵課題之一。
[0003] 當前多小區(qū)干擾抑制的一個研究熱點就是調整天線的分配波束成型，它的設計目 的在于通過調整天線的分配，即確定每個用戶在每個子載波上傳輸時應該怎樣配置發(fā)射天 線，以及基站應該怎樣配置接收天線，來使發(fā)送波束在最大限度上與接收天線相正交。波束 成型技術的目的就是通過多個基站合作來降低小區(qū)間的干擾。
[0004] 對于多天線系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)方案把所有信息匯總到一個中央處理器（CPU)來計算 整個系統(tǒng)的最優(yōu)化問題，但是，由于X2接口的帶寬和中央處理器的計算能力受限，這種方 案比較難實現(xiàn)。所以需要采用信息交互開銷和計算開銷比較少的分布式方案，每個基站通 過交互得到其它小區(qū)信息，再根據(jù)本地的信息，計算本小區(qū)的最優(yōu)化問題，以迭代的方式得 到系統(tǒng)的解。所以分布式框架具有較高可行性。但是，分布式框架下算法迭代的收斂性與 收斂速度也是需要考慮的問題，往往需要迭代過程的算法在時間上有明顯的缺陷，因此，分 布式方案在實際情況下不具備應用價值。
[0005] 此外，傳統(tǒng)的波束成型算法大多假設系統(tǒng)進行理想的信道狀態(tài)信息（CSI，Channel StateInformation)估計，即估計到的CSI與實際CSI相比不存在任何誤差。而在實際的 時分復用（TDD)系統(tǒng)中是存在估計誤差和延時誤差的，這樣，造成了傳統(tǒng)的波束成型算法在 實際系統(tǒng)中會有嚴重的性能下降。
[0006] 為了提高傳統(tǒng)的波束成型算法在實習系統(tǒng)中的性能，現(xiàn)有技術中考慮CSI誤 差對系統(tǒng)的影響，B.Dai，W.Xu，andC.Zhao的研究成果"帶有延遲的碼本CSI反饋的多 小區(qū)通信系統(tǒng)中的最優(yōu)麗SE下行波束成型算法"（"Optimal麗SEbeamformingfor multiuserdownlinkwithdelayedCSIfeedbackusingcodebooks，'inProc.IEEEGlobe com,Houston,USA,Dec. 2011)中，考慮了延時誤差和估計誤差同時存在的信道，對非理想信 道進行了建模?；诜抢硐胄诺滥Ｐ?，文獻設計了單小區(qū)下的魯棒性波束成型問題，并且得 到了魯棒性問題的最優(yōu)解。通過仿真，文獻證明了提出的算法與傳統(tǒng)波束成型算法相比，能 夠有效的克服延時誤差和估計誤差這兩種誤差帶來的性能損失。但是文章考慮的模型僅局 限于單小區(qū)范圍內，不具有實用價值。
[0007] 為了提高傳統(tǒng)的波束成型算法在實習系統(tǒng)中的性能，以及為了有更好的實 用價值，該領域的研究者Bogale,T.E.，Vandendorpe,L?和Chalise,B.K?的研究成 果"RobustTransceiverOptimizationforDownlinkCoordinatedBaseStation Systems:DistributedAlgorithm(下行合作的基站系統(tǒng)中的魯棒性發(fā)送波束：分布式算 法）"inIEEETrans.onSig.Process.Vol.60，No.l，January2012,考慮了多小區(qū)系統(tǒng)中信 道估計誤差和延時誤差對系統(tǒng)的影響，并以平均均方誤差（AMSE)為優(yōu)化目標進行計算。計 算中采用了發(fā)送和接收波束交替優(yōu)化的迭代形式的計算方式，最終得到最優(yōu)解。但是，因為 算法需要大量迭代步驟，工程實現(xiàn)性不高。
[0008] 另外，工業(yè)界3GPP標準規(guī)定了TDD系統(tǒng)的上下行鏈路采用同一個頻段不同的時隙 進行通信。所以基站可以根據(jù)用戶上行發(fā)送的訓練序列，也叫做Sounding信號來估計信 道。所以，可以以TDD系統(tǒng)的特有機制作為出發(fā)點，設計分布式的合作機制。
[0009] 基于以上系統(tǒng)需求和已有的學術成果與標準的分析，需要設計一種既能夠有效抑 制TDD系統(tǒng)信道誤差，又不需要復雜迭代步驟的計算，同時還能夠適應TDD系統(tǒng)的通信特點 的波束成型算法。
【發(fā)明內容】
[0010] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)波束成型的方法及基站，能夠有 效的抑制TDD系統(tǒng)信道誤差，消除復雜迭代計算步驟，從而有效的抑制小區(qū)間的干擾。
[0011] 為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)波束成型的方法，包括：
[0012] 根據(jù)綜合信道誤差模型和下行鏈路模型建立下行波束優(yōu)化模型；
[0013] 根據(jù)建立的下行波束優(yōu)化模型，獲取最優(yōu)波束成型矩陣優(yōu)化目標；
[0014] 分別獲取基站所在服務小區(qū)和基站所在協(xié)作簇內除服務小區(qū)之外的各小區(qū)的信 道矩陣及各信道矩陣分別對應的非理想?yún)?shù)；
[0015] 根據(jù)獲得的各信道矩陣及其各自對應的非理想?yún)?shù)，和所述最優(yōu)波束成型矩陣優(yōu) 化目標，獲取所述基站的波束成型矩陣，所述基站根據(jù)獲得的波束成型矩陣發(fā)送下行數(shù)據(jù)。
[0016] 進一步地，所述建立下行波束優(yōu)化模型之前，該方法還包括：所述基站利用時分復 用TDD系統(tǒng)的信道互易性建立所述綜合信道誤差模型。
[0017] 進一步地，所述在所述基站利用時分復用TDD系統(tǒng)的信道互易性建立所述綜合信 道誤差模型，具體包括：
[0018] 根據(jù)所述基站的信道狀態(tài)信息CSI的實際值和估計值，獲得估計誤差模型；
[0019] 根據(jù)所述基站的信道狀態(tài)信息CSI在估計時刻的估計值和傳輸時刻的實際值，獲 得延時誤差模型；
[0020] 將所述延時誤差模型代入所述估計誤差模型，得到所述綜合信道誤差模型。
[0021] 進一步地，所述建立下行波束優(yōu)化模型包括：
[0022] 將所述綜合信道誤差模型聚合成矩陣形式，得到矩陣形式的綜合信道誤差模型；
[0023]根據(jù)得到的矩陣形式的綜合信道誤差模型和所述下行鏈路模型，獲取服務小區(qū)的 表示通信質量的指標；
[0024] 對所有服務小區(qū)的表示通信質量的指標做求和運算，以最小化表示通信質量的指 標之和為目標，以及以各個基站的發(fā)射功率小于預定功率作為限制條件，得到下行波束優(yōu) 化模型。
[0025] 進一步地，所述獲取服務小區(qū)的表示通信質量的指標，包括：
[0026] 根據(jù)得到的矩陣形式的綜合信道誤差模型和下行鏈路模型，通過限制各個服務小 區(qū)的接收系數(shù)相同，得到服務小區(qū)的表示通信質量的指標。
[0027] 進一步地，所述分別獲取基站所在服務小區(qū)和基站所在協(xié)作簇內除所述服務小區(qū) 之外的各小區(qū)的信道矩陣及各信道矩陣分別對應的非理想?yún)?shù)，包括：
[0028] 接收所述服務小區(qū)內的所有終端設備UE發(fā)送的第一訓練序列信號，根據(jù)接收到 的第一訓練序列信號獲取所述服務小區(qū)的信道矩陣及其對應的非理想?yún)?shù)；
[0029] 接收所述協(xié)作簇內除所述服務小區(qū)之外的小區(qū)內的所有終端設備UE發(fā)送的第二 訓練序列信號，根據(jù)接收到的第二訓練序列信號獲取所述協(xié)作簇內除所述服務小區(qū)之外的 小區(qū)的信道矩陣及其對應的非理想?yún)?shù)。
[0030] 進一步地，根據(jù)接收到的第一訓練序列信號獲取所述服務小區(qū)的信道矩陣及其對 應的非理想?yún)?shù)，包括：
[0031] 根據(jù)接收到的第一訓練序列信號，使用已有的信道估計算法獲得所述服務小區(qū)的 信道矩陣；
[0032] 根據(jù)獲取的所述服務小區(qū)的信道矩陣，所述基站測量所述服務小區(qū)的信道矩陣對 應的非理想?yún)?shù)，得到所述服務小區(qū)的信道矩陣對應的非理想?yún)?shù)。
[0033] 進一步地，根據(jù)接收到的第二訓練序列信號獲取所述協(xié)作簇內除所述服務小區(qū)之 外的小區(qū)的信道矩陣及其對應的非理想?yún)?shù)，包括 ：
[0034] 根據(jù)接收到的第二訓練序列信