多小区协作的分布式鲁棒波束成形方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102724683A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102724683A(43)申请公布日2012.10.10(21)申请号201210189734.X(22)申请日2012.06.11(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人丁慧何晨蒋铃鸽(74)专利代理机构上海汉声知识产权代理有限公司31236代理人郭国中(51)Int.Cl.H04W16/28(2009.01)H04B7/06(2006.01)权利要求书权利要求书2页2页说明书说明书55页页附图附图11页(54)发明名称多小区协作的分布式鲁棒波束成形方法(57)摘要本发明多小区协作的分布式鲁棒波束成形方法。通过对偶分解理论将中心式问题转化为多个子问题和一个主问题的形式，子问题通过半正定松弛（SDR）和复数域的S-procedure技术转化为半正定规划（SDP）问题求解。主问题采用了次梯度算法求解，每个基站通过求解各自子问题的拉格朗日对偶问题得到拉格朗日乘子后通过回程链路进行交换，接着基站再根据得到的其他基站的乘子信息计算出主问题在小区间干扰项处的次梯度，从而可以通过次梯度算法对主问题进行快速求解。通过实际的蜂窝系统仿真显示该分布式算法通过少量迭代后就可以达到接近中心式算法的性能，当信道误差较小时算法收敛速度较快。CN10274683ACN102724683A权利要求书1/2页1.一种多小区协作的分布式鲁棒波束成形方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：初始化小区间干扰项βi，j，k(0)并设迭代次数n=0；将中心式问题分解为多个子问题和一个主问题；步骤二：每个基站各自求解相应的子问题得到波束成形向量Wi,k和相应的发射功率Pi；步骤三：每个基站求解子问题的拉格朗日对偶问题得到拉格朗日乘子ti，j，k，然后通过回程链路或广播与其他基站交换此拉格朗日乘子信息；步骤四：每个基站接收到其他基站的拉格朗日乘子信息后，再根据次梯度法更新局部干扰项βi，j,k(n)求解主问题；步骤五：设参数n:=n+1并回到所述步骤二，直至收敛到期望水平。2.根据权利要求1所述的多小区协作的分布式鲁棒波束成形方法，其特征在于，所述子问题表示如下：其中，wi，k为小区i的基站用于用户k的波束成形向量，为基站i到小区j中用户k的信道矢量，为加性高斯白噪声的方差，γi,k为需满足的小区i中用户k的SINR要求。3.根据权利要求2所述的多小区协作的分布式鲁棒波束成形方法，其特征在于，所述主问题表示如下：s.t.βi≥0其中φi为βi给定时子问题的最优值，βi=[βj，i，1，…,βj，i，K,βi，j，1，...，βi，j，K],j∈{1,...，Nc}\{i}。4.根据权利要求3所述的多小区协作的分布式鲁棒波束成形方法，其特征在于，所述步骤二包括如下步骤：-通过复数域中的S-procedure将无穷多个SINR约束表示为有限个线性矩阵不等式的形式；-通过半正定松弛方式进一步转化为半正定规划问题。5.根据权利要求4所述的多小区协作的分布式鲁棒波束成形方法，其特征在于，所述步骤二，具体地为：令则所述子问题转化为：2CN102724683A权利要求书2/2页其中为松弛变量；则每个基站的发射功率为6.根据权利要求3所述的多小区协作的分布式鲁棒波束成形方法，其特征在于，在所述步骤三中，求解子问题的拉格朗日对偶问题具体地为：其中为子问题约束中对应的对偶变量。7.根据权利要求3所述的多小区协作的分布式鲁棒波束成形方法，其特征在于，所述步骤四包括如下步骤：-每个基站将得到的拉格朗日乘子信息通过回程链路进行交换，在此基础上每个基站求解次梯度：gi，j,k＝tj，j，k-ti，j，k-使用次梯度法求解主问题：+βi，j，k(n+1)=[βi，j，k(n)-μ(n)gi，j,k(n)]+其中，n为迭代次数，μ为步长因子，gi，j，k为主问题在点βi，j,k处的次梯度。[·]为到非负象限的投影。3CN102724683A说明书1/5页多小区协作的分布式鲁棒波束成形方法技术领域[0001]本发明涉及协作多点处理领域，尤其是涉及波束成形，具体地，涉及一种多小区协作的分布式鲁棒波束成形方法。背景技术[0002]CoMP（协作多点处理）技术基于各基站对信道状态信息（CSI）和数据信息不同程度的共享，通过小区间基站的协作将原本是相邻小区的干扰转变为有用信息。其传输模式有两种：1、联合处理（JointProcessing）；2、协作调度/波束成形（CoordinatedScheduling/Beamforming）。波束成形（BF）是指多个小区之间通过共享信息并联合设计预编码矢量，从而缓解小区边缘用户受到的干扰，达到提升信干噪比（SINR）的效果。