CN104767552A - 一种实现协调波束赋形的方法及基站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现协调波束赋形的方法及基站，包括基站根据上一时隙共享的各干扰终端的接收波束赋形矢量估计值，获取当前时隙的发送波束赋形矢量；基站根据当前时隙的发送波束赋形矢量以及上一时隙共享的干扰矢量，获取当前时隙的接收波束赋形矢量估计值，共享获得的当前时隙的接收波束赋形矢量估计值与干扰矢量。本发明提供的技术方案通过在现有基于最大化SLNR准则的协调波束赋形方案中考虑接收波束赋形矢量，且各协作基站间仅共享接收波束赋形矢量估计值及干扰矢量两个信息。本发明技术方案显著提升了系统性能，而且无需终端反馈接收矢量信息，明显降低了系统开销；同时实现了各协作基站的分布式实现。

Description

一种实现协调波束赋形的方法及基站

技术领域

本发明涉及协作多点传输技术，尤指一种实现协调波束赋形的方法及基站。

背景技术

协作多点传输中的联合处理技术，需要在参与协作的节点间共享数据和信道状态信息，这样，虽然可以最大的提升系统性能，但是，对回程链路(Backhaul)的吞吐量和时延是有很高的要求的，并且对符号同步有严格的要求。目前，联合处理技术难以在现有的网络架构和标准下实现。

而协调波束赋形，是协作多点传输技术的一个重要分支，在Backhaul开销和系统性能之间提供了一种折中方案。与联合处理相比，协调波束赋形仅需在基站共享信道状态信息，即可通过收发波束优化、功率控制、终端调度等方法协调和抑制小区间的干扰，因此，协调波束赋形比较容易在现有的网络架构下得以实现。当系统中的终端数量足够多时，通过这种干扰协调方式已经可以显著改善系统性能。

现有的用于多输入多输出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)系统的协调波束赋形方案主要分为利己方案、利他方案，以及利己-利他折中方案。在利己方案中，基站发射机无视对其他终端的干扰，最大化自身的效用函数。利己方案在信噪比(SNR，Signal-to-Noise Ratio)较小、噪声占优时(即噪声功率较大时)有不错的性能，但是，在SNR较大、干扰严重时性能会恶化。在利他方案中，基站发射机最小化对其他终端的干扰。该方案能够有效的抑制终端间干扰，特别是在SNR较大即干扰占优时，采用利他方案能够得到很好的性能。然而，利他方案在中低信噪比时效率较低。在利己-利他折中方案中，将最大化自身效用函数和最小化对其他终端的干扰进行折中，使系统性能达到最优。有文献已经证明，若以最大化系统和速率为准则，设计出的发送波束赋形矢量是利己和利他两种方案的线性组合；若以最大化信漏噪比(SLNR，Signal-to-Leakage-and-Noise Ratio)为准则，从目标函数就可以看出这也是需要在利己和利他之间作以折中的。以上这些方案又可以分为考虑接收矢量的协调波束赋形方案和不考虑接收矢量的协调波束赋形方案两种，其中，考虑接收矢量的方案在性能上较不考虑接收矢量的方案有明显提升，但是，其反馈开销和信息共享的开销也比不考虑接收矢量方案的开销大很多。

传统的基于SLNR准则的发送波束赋形矢量设计方案，可以在各基站处分布式实现，但是，由于这种设计方法没有考虑接收矢量对性能的影响，降低了系统性能。但是，如果考虑各基站的接收矢量，则需各协作基站共享全部的信道状态信息，这又增大了X2接口的开销，总之，实现起来相对困难。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种实现协调波束赋形的方法及基站，通过考虑接收波束赋形矢量对性能的影响，提高系统性能，同时不会增加接口开销。

为了达到本发明目的，本发明提供了一种实现协调波束赋形的方法，包括：基站根据上一时隙共享的各干扰终端的接收波束赋形矢量估计值，获取当前时隙的发送波束赋形矢量；

基站根据当前时隙的发送波束赋形矢量以及上一时隙共享的干扰矢量，获取当前时隙的接收波束赋形矢量估计值；

基站将获得的当前时隙的接收波束赋形矢量估计值与自身对其他终端的干扰矢量，共享给协作集合内的所有协作基站。

该方法之前还包括协作集合中的各所述基站均进行初始化：

所述协作集合中的各基站按最大化信漏噪比SLNR方案初始化发送波束赋形矢量；

所述协作集合中的各基站分别计算接收波束赋形矢量初始估计值，以及各基站自身对协作集合内除服务终端之外的其它干扰终端的干扰初始矢量。

所述获取当前时隙的发送波束赋形矢量包括：

所述基站根据上一时隙共享的各干扰终端的接收波束赋形矢量估计值，基于最大化SLNR准则，计算本基站当前时隙的发送波束赋形矢量。

所述获取当前时隙的接收波束赋形矢量估计值包括：

所述基站根据当前时隙的发送波束赋形矢量以及上一时隙共享的干扰矢量，基于最小均方差MMSE准则计算当前时隙服务终端的接收波束赋形矢量估计值。

所述共享给协作集合内的所有协作基站包括：

所述基站将获得的当前时隙的接收波束赋形矢量估计值与自身对其他终端的干扰矢量，发送给所述协作集合中的其它协作基站。

本发明还提供一种基站，至少包括第一获取模块、发送模块、第二获取模块，以及协作模块；其中，

第一获取模块，用于根据上一时隙共享的各干扰终端的接收波束赋形矢量估计值，获取当前时隙的发送波束赋形矢量；

发送模块，用于利用发送波束赋形矢量对信号进行波束赋形；

第二获取模块，用于根据当前时隙的发送波束赋形矢量以及上一时隙共享的干扰矢量，获取当前时隙的接收波束赋形矢量估计值；

协作模块，用于将获得的当前时隙的接收波束赋形矢量估计值与当前时隙基站自身对其他协作终端的干扰矢量，存储在存储模块中，并共享给协作集合内的所有协作基站。

所述基站还包括初始模块，用于按SLNR方案初始化发送波束赋形矢量；计算接收波束赋形矢量初始估计值，以及自身对协作集合内除服务终端之外的其它干扰终端的干扰初始矢量；将计算得到的接收波束赋形矢量初始估计值及干扰初始矢量存储在所述存储模块中。

所述基站处于一协作集合中，与协作集合中的其他基站之间互为协作基站；

在协作集合中，每个基站服务一个终端且采用协调波束赋形的方式为终端服务。

与现有技术相比，本申请技术方案包括基站根据上一时隙共享的各干扰终端的接收波束赋形矢量估计值，获取当前时隙的发送波束赋形矢量；基站根据当前时隙的发送波束赋形矢量以及上一时隙共享的干扰矢量，获取当前时隙的接收波束赋形矢量估计值，将获得的当前时隙的接收波束赋形矢量估计值与自身对其他终端的干扰矢量，共享给协作集合内的所有协作基站。本发明提供的技术方案通过在现有基于最大化SLNR准则的协调波束赋形方案中考虑接收波束赋形矢量，并且，各协作基站间仅共享接收波束赋形矢量估计值及干扰矢量两个少量信息。相比现有的基于最大化SLNR准则的协调波束赋形方案，显著提升了系统性能，而且无需终端反馈接收矢量信息，明显降低了系统开销；同时实现了各协作基站的分布式实现。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个下行协作多点传输系统的组成示意图；

图2为本发明实现协调波束赋形的方法的流程图；

图3为本发明协调波束赋形的第一实施与现有协调波束赋形的方法的终端平均频谱效率波形图的对比示意图；

图4为本发明协调波束赋形的第二实施与现有协调波束赋形的方法的终端平均频谱效率波形图的对比示意图；

图5为本发明协调波束赋形的第三实施与现有协调波束赋形的方法的终端平均频谱效率波形图的对比示意图；

图6为本发明基站的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

图1为本发明一个下行协作多点传输系统的组成示意图，以下会结合图1对发明方法进行描述。如图1所示，假设下行协作多点传输系统(也称协作集合)中，含有7个协作基站，即M＝7。每个基站服务1个终端，且第i个终端为第i个基站的服务终端，i＝1，2，…，7。基站采用协调波束赋形的方式为终端服务。

在图1中，假设每个基站配备N_t＝4根天线，每个终端配备N_r＝2根天线。那么，表示第n时隙基站i到终端j的信道矩阵(N_r×N_t维)，信道模型采用瑞利衰落信道。需要说明的是，如果假设信道为静态变化的，那么可以省略上标(n)来表示，即将各时隙的信道矩阵均表示为H_ji。β_ji表示基站i到终端j的路径损耗，假设各基站到其服务终端的路径损耗β_ii＝1，i＝1，2，L，7，各基站到干扰终端(包括除服务终端之外的所有终端)的路径损耗为0～1之间的随机数，即β_ji＝rand(1)，i≠j。那么，第n时隙终端i的接收信号可以表示为如公式(1)所示：

$y_i^{\left(n\right)}=P_i{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ii}}{v}_i^{\left(n\right)H}{H}_{\mathrm{ii}}^{\left(n\right)}{w}_i^{\left(n\right)}{x}_i^{\left(n\right)}+\underset{j=1,j\≠i}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{P}_j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}{v}_i^{\left(n\right)H}{H}_{\mathrm{ij}}^{\left(n\right)}{w}_j^{\left(n\right)}{x}_j^{\left(n\right)}+v_i^{\left(n\right)H}{n}_i---\left(1\right)$

在公式(1)中，为第n时隙基站i的发送信号，(N_t×1维，)表示第n时隙基站i的发送波束赋形矢量，(N_r×1维，)表示第n时隙终端i的接收波束赋形矢量，上标H表示共轭转置。基站i的发射功率为P_i，终端i的接收噪声为n_i，噪声功率为σ²，由公式(1)可以得到第n时隙终端i的接收信干噪比公式(2)所示：

${\mathrm{SINR}}_i^{\left(n\right)}=\frac{P_i{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ii}}{\left|v_i^{\left(n\right)H}{H}_{\mathrm{ii}}^{\left(n\right)}{w}_i^{\left(n\right)}\right|}^2}{{\mathrm{\σ}}^2+\underset{j=1,j\≠i}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{P}_j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}{\left|v_i^{\left(n\right)H}{H}_{\mathrm{ij}}^{\left(n\right)}{w}_j^{\left(n\right)}\right|}^2}---\left(2\right)$

假设系统工作于时分复用(TDD)模式，因此，发射机可以利用信道的上下行互易性获得其到协作集合内所有终端的信道矩阵，即基站i已知H_ji(j＝1，2，L，7)，考虑了接收波束赋形矢量后，第n时隙基站i的信漏噪比如公式(3)所示：

${\mathrm{SLNR}}_i^{\left(n\right)}=\frac{P_i{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ii}}{\left|v_i^{\left(n\right)H}{H}_{\mathrm{ii}}^{\left(n\right)}{w}_i^{\left(n\right)}\right|}^2}{{\mathrm{\σ}}^2+\underset{j=1,j\≠i}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ji}}{\left|v_j^{\left(n\right)H}{H}_{\mathrm{ji}}^{\left(n\right)}{w}_i^{\left(n\right)}\right|}^2}---\left(3\right)$

图2为本发明实现协调波束赋形的方法的流程图，如图2所示，包括：

步骤200：基站根据上一时隙共享的各干扰终端的接收波束赋形矢量估计值，获取当前时隙的发送波束赋形矢量。

本步骤中，基站根据上一时隙共享的各干扰终端的接收波束赋形矢量估计值，基于最大化SLNR准则计算本基站当前时隙的发送波束赋形矢量。

在获取本步骤中的发送波束赋形矢量中，使用的接收波束赋形矢量估计值是上一时隙中基站对终端的接收波束赋形矢量的估计值。需要说明的是，通过终端反馈上一时隙的接收波束赋形矢量，也可以达到本发明的效果，只是会稍稍增加上行链路的反馈开销。

本发明还可以包括步骤201：基站向其服务终端发送经过波束赋形后的信号。具体实现属于本领域技术人员的惯用技术手段，这里不再赘述。

步骤202：基站根据当前时隙的发送波束赋形矢量以及上一时隙共享的干扰矢量，获取当前时隙的接收波束赋形矢量估计值。

本步骤中，基站根据当前时隙的发送波束赋形矢量以及上一时隙共享的干扰矢量，基于现有最小均方差(MMSE)准则计算当前时隙服务终端的接收波束赋形矢量估计值。

需要说明的是，在步骤200之后，步骤201与步骤202的执行并没有严格的先后顺序。

步骤203：基站将获得的当前时隙的接收波束赋形矢量估计值与自身对其他终端的干扰矢量，共享给协作集合内的所有协作基站。

本步骤中，共享就是将获得的当前时隙的接收波束赋形矢量估计值与自身对其他终端的干扰矢量，发送给基站所在协作集合中的其它协作基站。

从本发明提供的技术方案可以看出，通过在现有基于最大化SLNR准则的协调波束赋形方案中考虑接收矢量，获得了对干扰终端接收波束赋形矢量的估计值，再根据该接收波束赋形矢量估计值，基于最大化SLNR准则计算得到发送波束赋形矢量。并且，本发明中的各协作基站间仅共享接收波束赋形矢量估计值及干扰矢量两个少量信息。本发明方法相比现有的基于最大化SLNR准则的协调波束赋形方案，显著提升了系统性能，而且无需终端反馈接收矢量信息，明显降低了系统开销；同时实现了各协作基站的分布式实现。

本步骤之前，还包括：基站所在协作集合中的各基站均进行初始化，具体包括：各基站按现有SLNR方案初始化发送波束赋形矢量；各基站分别计算接收波束赋形矢量初始估计值，以及各基站自身对协作集合内除服务终端之外的其它干扰终端的干扰初始矢量。

以信道模型采用瑞利衰落信道，并假设为静态的为例，此时可以省略上标(n)来表示，即将各时隙的信道矩阵均表示为H_ji，各基站按现有SLNR方案初始化发送波束赋形矢量是和的最大广义特征值对应的特征向量，即 $w_i^{(n-1)}=\underset{\left|\right|w_i^{(n-1)}=1\left|\right|}{\max \mathrm{gen}.\mathrm{eigenvector}}({\mathrm{\β}}_{\mathrm{ii}}{H}_{\mathrm{ii}}^H{H}_{\mathrm{ii}},\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{P_i}{I}_{N_t}+\underset{j=1,j\≠i}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ji}}{H}_{\mathrm{ji}}^H{H}_{\mathrm{ji}});$ 各基站分别计算接收波束赋形矢量初始估计值各基站自身对协作集合内除服务终端之外的其它干扰终端的干扰矢量初始值为

以信道模型采用瑞利衰落信道，并假设信道慢变，中心频率为2GHz，多普勒频偏为5Hz，各基站按现有SLNR方案初始化发送波束赋形矢量是和的最大广义特征值对应的特征向量，即 $w_i^{(n-1)}=\underset{\left|\right|w_i^{(n-1)}=1\left|\right|}{\max \mathrm{gen}.\mathrm{eigenvector}}({\mathrm{\β}}_{\mathrm{ii}}{H}_{\mathrm{ii}}^{(n-1)H}{H}_{\mathrm{ii}}^{(n-1)},\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{P_i}{I}_{N_t}+\underset{j=1,j\≠i}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ji}}{H}_{\mathrm{ji}}^{(n-1)H}{H}_{\mathrm{ji}}^{(n-1)});$ 各基站分别计算接收波束赋形矢量初始估计值各基站自身对协作集合内除服务终端之外的其它干扰终端的干扰矢量初始值为

下面结合图1对本发明几个实施例进行详细描述。

第一实施例，结合图1所示的下行协作多点传输系统，假设在第一实施例中，信道是静态的。在初始化过程中：假设n＝1，那么，

协作集合中的各基站分别按现有SLNR方案初始化发送波束赋形矢量是和的最大广义特征值对应的特征向量，即 $w_i^{(n-1)}=\underset{\left|\right|w_i^{(n-1)}=1\left|\right|}{\max \mathrm{gen}.\mathrm{eigenvector}}({\mathrm{\β}}_{\mathrm{ii}}{H}_{\mathrm{ii}}^H{H}_{\mathrm{ii}},\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{P_i}{I}_{N_t}+\underset{j=1,j\≠i}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ji}}{H}_{\mathrm{ji}}^H{H}_{\mathrm{ji}});$

协作集合中的各基站计算及干扰矢量并在协作基站之间共享和

实现协调波束赋形的方法的过程中，发射端的处理包括：

各基站均会基于最大化SLNR准则，分别计算本基站自身当前时隙的发送波束赋形矢量： $w_i^{\left(n\right)}=\frac{{\left({\mathrm{\Φ}}_i^{(n-1)}\right)}^{-1}{H}_{\mathrm{ii}}^H{\hat{v}}_i^{(n-1)}}{\left|\right|{\left({\mathrm{\Φ}}_i^{(n-1)}\right)}^{-1}{H}_{\mathrm{ii}}^H{\hat{v}}_i^{(n-1)}\left|\right|},$ 其中： ${\mathrm{\Φ}}_i^{(n-1)}=\underset{j=1,j\≠i}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ji}}{H}_{\mathrm{ji}}^H{\hat{v}}_j^{(n-1)}{\hat{v}}_j^{(n-1)H}{H}_{\mathrm{ji}}+{\mathrm{\σ}}^2{I}_{N_t},$ 表示N_t×N_t维单位阵；

各基站均根据计算得到的发送波束赋形矢量向各自的服务终端分别发射经过波束赋形后的信号；

各基站均会基于MMSE准则，分别计算当前时隙各基站的服务终端的接收波束赋形矢量估计值：其中： ${\mathrm{\Ψ}}_i^{(n-1)}=\underset{j=1,j\≠i}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{P}_j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}{w}_j^{(n-1)}{w}_j^{(n-1)H}{H}_{\mathrm{ij}}^H+{\mathrm{\σ}}^2{I}_{N_r},$ 表示N_r×N_r维单位阵；以及干扰矢量

各基站与协作基站之间共享计算得到的接收波束赋形矢量估计值以及干扰矢量。比如，基站i向协作集合中的其他协作基站j(j≠i)发送和两个矢量；

对于接收端的处理包括：

各终端基于MMSE准则，计算接收波束赋形矢量，即： $v_i^{\left(n\right)}=\frac{{\left({\mathrm{\Ψ}}_i^{\left(n\right)}\right)}^{-1}{H}_{\mathrm{ii}}{w}_i^{\left(n\right)}}{\left|\right|{\left({\mathrm{\Ψ}}_i^{\left(n\right)}\right)}^{-1}{H}_{\mathrm{ii}}{w}_i^{\left(n\right)}\left|\right|},$ 其中： ${\mathrm{\Ψ}}_i^{\left(n\right)}=\underset{j=1,j\≠i}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{P}_j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}{w}_j^{\left(n\right)}{w}_j^{\left(n\right)H}{H}_{\mathrm{ij}}^H+{\mathrm{\σ}}^2{I}_{N_r},$ 表示N_r×N_r维单位阵；

各终端使用计算得到的接收波束赋形矢量接收各自所属服务基站发来的信号；

将n增一即n←n+1；重复执行发射端和接收端的处理，直到通信结束。

在第一实施例中，假设信噪比SNR＝10dB，以20个时隙为例进行仿真。对现有的基于SLNR的协调波束赋形方案(T-SLNR)、基于迭代的发送/接收波束赋形矢量联合设计方案(JTR-CB)，以及本发明实现协调波束赋形的方法，在相同的信道条件下，分别进行了10⁵次独立的仿真，其中JTR-CB方案在各时隙均迭代20次。图3为本发明协调波束赋形的第一实施与现有协调波束赋形的方法的终端平均频谱效率波形图的对比示意图，即本发明方案与T-SLNR方案以及JTR-CB的比较示意图。如图3所示，横坐标表示时隙数，纵坐标表示每终端平均频谱效率(bit/s/Hz)；三角形所示的曲线即曲线31为采用本发明方法的终端平均频谱效率曲线，空心圆圈所示的曲线即曲线32为采用JTR-CB方案的终端平均频谱效率曲线，实心圆点所示的曲线即曲线33为采用T-SLNR方案的终端平均频谱效率曲线。图3中，在静态信道的假设下，本发明方案呈现一种随时隙推移而逐渐收敛态势，因此，可以看到本发明方案的平均频谱效率随着时隙数的增加是递增的，当时隙数达到16以后，基本收敛于一个定值。进一步，表1为静态信道7小区7终端场景下终端平均频谱效率，从表1可以看到该收敛值与JTR-CB方案的性能接近，只比JTR-CB方案低了3.43％，而与T-SLNR方案相比则提升了29.36％。

方法	每终端平均频谱效率(bit/s/Hz)	较T-SLNR方案增长百分比(％)
			JTR-CB方案	4.3466	33.95
本发明方案	4.1977	29.36
			T-SLNR方案	3.2450	0.00

表1

从信息交互开销的角度来看，本发明方案远小于JTR-CB方案。如果JTR-CB方案采用集中式方式实现，那么，各基站需要向中心节点发送自身已知的7个信道矩阵，即中心节点计算完成后，需要向7个基站发送各自的发送波束赋形矢量而在本发明方案中，各协作基站仅需共享本基站的接收矢量估计值(即)和对协作基站终端的干扰向量(即)，信息共享量仅是JTR-CB方案的而从计算复杂度来说，本发明方案中，各基站在每个时隙内只需计算和各一次，而JTR-CB方案则需要计算20次(仿真中设定迭代次数为20)。

第二实施例，结合图1所示的下行协作多点传输系统，假设第二实施例中，信道慢变，中心频率为2GHz，多普勒频偏为5Hz。在初始化过程中：假设n＝1，那么，

协作集合中的各基站按现有SLNR方案初始化发送波束赋形矢量 是和的最大广义特征值对应的特征向量，即 $w_i^{(n-1)}=\underset{\left|\right|w_i^{(n-1)}=1\left|\right|}{\max \mathrm{gen}.\mathrm{eigenvector}}({\mathrm{\β}}_{\mathrm{ii}}{H}_{\mathrm{ii}}^{(n-1)H}{H}_{\mathrm{ii}}^{(n-1)},\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{P_i}{I}_{N_t}+\underset{j=1,j\≠i}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ji}}{H}_{\mathrm{ji}}^{(n-1)H}{H}_{\mathrm{ji}}^{(n-1)});$

协作集合中的各基站计算及干扰矢量并在协作基站之间共享和

实现协调波束赋形的方法的过程中，发射端的处理包括：

各基站均会基于最大化SLNR准则，分别计算本基站自身当前时隙的发送波束赋形矢量：其中， ${\mathrm{\Φ}}_i^{(n-1)}=\underset{j=1,j\≠i}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ji}}{H}_{\mathrm{ji}}^{(n-1)H}{\hat{v}}_j^{(n-1)}{\hat{v}}_j^{(n-1)H}{H}_{\mathrm{ji}}^{(n-1)}+{\mathrm{\σ}}^2{I}_{N_t},$ 表示N_t×N_t维单位阵；

各基站均根据计算得到的发送波束赋形矢量向各自的服务终端分别发射经过波束赋形后的信号；

各基站均会基于MMSE准则，分别计算当前时隙各基站的服务终端的接收波束赋形矢量估计值：其中， ${\mathrm{\Ψ}}_i^{(n-1)}=\underset{j=1,j\≠i}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{P}_j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}^{(n-1)}{w}_j^{(n-1)}{w}_j^{(n-1)H}{H}_{\mathrm{ij}}^{(n-1)H}+{\mathrm{\σ}}^2{I}_{N_r},$ 表示N_r×N_r维单位阵；

各基站与协作基站之间共享计算得到的接收波束赋形矢量估计值以及干扰矢量。比如，基站i向协作集合中的其他协作基站j(j≠i)发送和两个矢量；

对于接收端的处理包括：

各终端基于MMSE准则，计算接收波束赋形矢量，即： $v_i^{\left(n\right)}=\frac{{\left({\mathrm{\Ψ}}_i^{\left(n\right)}\right)}^{-1}{H}_{\mathrm{ii}}^{\left(n\right)}{w}_i^{\left(n\right)}}{\left|\right|{\left({\mathrm{\Ψ}}_i^{\left(n\right)}\right)}^{-1}{H}_{\mathrm{ii}}^{\left(n\right)}{w}_i^{\left(n\right)}\left|\right|},$ 其中， ${\mathrm{\Ψ}}_i^{\left(n\right)}=\underset{j=1,j\≠i}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{P}_j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}^{\left(n\right)}{w}_j^{\left(n\right)}{w}_j^{\left(n\right)H}{H}_{\mathrm{ij}}^{\left(n\right)H}+{\mathrm{\σ}}^2{I}_{N_r},$ 表示N_r×N_r维单位阵；

各终端使用计算得到的接收波束赋形矢量接收各自所属服务基站发来的信号；

将n增一即n←n+1；重复执行发射端和接收端的处理，直到通信结束。

在第二实施例中，假设信噪比SNR＝10dB，以20个时隙为例进行仿真。对现有的基于SLNR的协调波束赋形方案(T-SLNR)、基于迭代的发送/接收波束赋形矢量联合设计方案(JTR-CB)，以及本发明实现协调波束赋形的方法，在相同的信道条件下，分别进行了10⁵次独立的仿真，其中JTR-CB方案在各时隙均迭代20次。图4为本发明协调波束赋形的第二实施与现有协调波束赋形的方法的终端平均频谱效率波形图的对比示意图，即本发明方案与T-SLNR方案以及JTR-CB的比较示意图，如图4所示，横坐标表示时隙数，纵坐标表示每终端平均频谱效率(bit/s/Hz)；三角形所示的曲线即曲线41为采用本发明方法的终端平均频谱效率曲线，空心圆圈所示的曲线即曲线42为采用JTR-CB方案的终端平均频谱效率曲线，实心圆点所示的曲线即曲线43为采用T-SLNR方案的终端平均频谱效率曲线。图4中，在慢变信道条件下，本发明方案的性能较静态信道有所下降。进一步，表2慢变信道(多普勒频偏＝5Hz)7小区7终端场景下终端平均频谱效率，从表2可以看出，当最大多普勒频移为5Hz时，本发明方案的平均频谱效率性能比JTR-CB方案低了4.49％。但与T-SLNR方案相比，本发明方案的性能优势仍然比较明显。

算法	每终端平均频谱效率(bit/s/Hz)	较T-SLNR方案增长百分比(％)
			JTR-CB方案	4.2274	32.27
本发明方案	4.0378	26.34
			T-SLNR方案	3.1960	0.00

表2

从信息交互开销的角度来看，本发明方案远小于JTR-CB方案，若JTR-CB方案采用集中式方式实现，那么，各基站需要向中心节点发送自身已知的7个信道矩阵，即中心节点计算完成后，需要向7个基站发送各自的发送波束赋形矢量而在本发明方案中，各协作基站仅需共享本基站的接收矢量估计值(即)和对协作基站终端的干扰向量(即)，信息共享量仅是JTR-CB方案的而从计算复杂度来说，本发明方案中，各基站在每个时隙内只需计算和各一次，而JTR-CB方案则需要计算20次(仿真中设定迭代次数为20)。

第三实施例，结合图1所示的下行协作多点传输系统，假设第三实施例中，M＝3，信道慢变，中心频率为2GHz，多普勒频偏为5Hz。在初始化过程中：假设n＝1，那么，

协作集合中的各基站按现有SLNR方案初始化发送波束赋形矢量 是和的最大广义特征值对应的特征向量，即 $w_i^{(n-1)}=\underset{\left|\right|w_i^{(n-1)}=1\left|\right|}{\max \mathrm{gen}.\mathrm{eigenvector}}({\mathrm{\β}}_{\mathrm{ii}}{H}_{\mathrm{ii}}^{(n-1)H}{H}_{\mathrm{ii}}^{(n-1)},\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{P_i}{I}_{N_t}+\underset{j=1,j\≠i}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ji}}{H}_{\mathrm{ji}}^{(n-1)H}{H}_{\mathrm{ji}}^{(n-1)});$

协作集合中的各基站计算及干扰矢量并在协作基站之间共享和

实现协调波束赋形的方法的过程中，发射端的处理包括：

各基站均会基于最大化SLNR准则，分别计算本基站自身当前时隙的发送波束赋形矢量：其中， ${\mathrm{\Φ}}_i^{(n-1)}=\underset{j=1,j\≠i}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ji}}{H}_{\mathrm{ji}}^{(n-1)H}{\hat{v}}_j^{(n-1)}{\hat{v}}_j^{(n-1)H}{H}_{\mathrm{ji}}^{(n-1)}+{\mathrm{\σ}}^2{I}_{N_t},$ 表示N_t×N_t维单位阵；

各基站均根据计算得到的发送波束赋形矢量向各自的服务终端分别发射经过波束赋形后的信号；

各基站均会基于MMSE准则，分别计算当前时隙各基站的服务终端的接收波束赋形矢量估计值：其中， ${\mathrm{\Ψ}}_i^{(n-1)}=\underset{j=1,j\≠i}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{P}_j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}^{(n-1)}{w}_j^{(n-1)}{w}_j^{(n-1)H}{H}_{\mathrm{ij}}^{(n-1)H}+{\mathrm{\σ}}^2{I}_{N_r},$ 表示N_r×N_r维单位阵；

各基站与协作基站之间共享计算得到的接收波束赋形矢量估计值以及干扰矢量。比如，基站i需要向协作集合中的其他协作基站j(j≠i)发送和两个矢量；

对于接收端的处理包括：

各终端基于MMSE准则，计算接收波束赋形矢量，即： $v_i^{\left(n\right)}=\frac{{\left({\mathrm{\Ψ}}_i^{\left(n\right)}\right)}^{-1}{H}_{\mathrm{ii}}^{\left(n\right)}{w}_i^{\left(n\right)}}{\left|\right|{\left({\mathrm{\Ψ}}_i^{\left(n\right)}\right)}^{-1}{H}_{\mathrm{ii}}^{\left(n\right)}{w}_i^{\left(n\right)}\left|\right|},$ 其中， ${\mathrm{\Ψ}}_i^{\left(n\right)}=\underset{j=1,j\≠i}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{P}_j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}^{\left(n\right)}{w}_j^{\left(n\right)}{w}_j^{\left(n\right)H}{H}_{\mathrm{ij}}^{\left(n\right)H}+{\mathrm{\σ}}^2{I}_{N_r},$ 表示N_r×N_r维单位阵；

各终端使用计算得到的接收波束赋形矢量接收各自所属服务基站发来的信号；

将n增一即n←n+1；重复执行发射端和接收端的处理，直到通信结束。

在第三实施例中，假设信噪比SNR＝10dB，以20个时隙为例进行仿真。对现有的基于SLNR的协调波束赋形方案(T-SLNR)、基于迭代的发送、接收波束赋形矢量联合设计方案(JTR-CB)，以及本发明实现协调波束赋形的方法，在相同的信道条件下，分别进行了10⁵次独立的仿真，其中JTR-CB方案在各时隙均迭代20次。图5为本发明协调波束赋形的第三实施与现有协调波束赋形的方法的终端平均频谱效率波形图的对比示意图，即本发明方案与T-SLNR方案以及JTR-CB的比较示意图，如图5所示，横坐标表示时隙数，纵坐标表示每终端平均频谱效率(bit/s/Hz)；三角形所示的曲线即曲线51为采用本发明方法的终端平均频谱效率曲线，空心圆圈所示的曲线即曲线52为采用JTR-CB方案的终端平均频谱效率曲线，实心圆点所示的曲线即曲线53为采用T-SLNR方案的终端平均频谱效率曲线。图5中，当最大多普勒频移为5Hz时，本发明方案的平均频谱效率性能比JTR-CB方案低了2.14％，而与T-SLNR方案相比则提升了14.65％。与T-SLNR方案相比，本发明方案的性能优势仍然比较明显。进一步，表3慢变信道(多普勒频偏＝5Hz)7小区3终端场景下终端平均频谱效率，结合图5与图4对比可以看出，协作集合规模越大本发明方案相比于T-SLNR方案的性能提升幅度越大。

算法

每终端平均频谱效率(bit/s/Hz)

较T-SLNR方案增长百分比(％)

JTR-CB方案	5.4534	17.15
			本发明方案	5.3368	14.65
T-SLNR方案	4.6549	0.00

表3

从信息交互开销的角度来看，本发明方案远小于JTR-CB方案，若JTR-CB方案采用集中式方式实现，那么，各基站需要向中心节点发送自身已知的3个信道矩阵，即中心节点计算完成后，需要向3个基站发送各自的发送波束赋形矢量而在本发明方案中，各协作基站仅需共享本基站的接收矢量估计值(即)和对协作基站终端的干扰向量(即)，信息共享量仅是JTR-CB方案的而从计算复杂度来说，本发明方案中，各基站在每个时隙内只需计算和各一次，而JTR-CB方案则需要计算20次(仿真中设定迭代次数为20)。

结合图1，本发明还提供一种基站，处于一协作集合中，与协作集合中的其他基站之间互为协作基站；在协作集合中，每个基站服务一个终端且采用协调波束赋形的方式为终端服务。图6为本发明基站的组成结构示意图，如图6所示，本发明基站至少包括第一获取模块、发送模块、第二获取模块，以及协作模块；其中，

第一获取模块，用于根据上一时隙共享的各干扰终端的接收波束赋形矢量估计值，获取当前时隙的发送波束赋形矢量；

发送模块，用于利用发送波束赋形矢量对信号进行波束赋形；还用于向其服务终端发送经过波束赋形后的信号；

第二获取模块，用于根据当前时隙的发送波束赋形矢量以及上一时隙共享的干扰矢量，获取当前时隙的接收波束赋形矢量估计值；

协作模块，用于将获得的当前时隙的接收波束赋形矢量估计值与当前时隙基站自身对其他协作终端的干扰矢量，存储在存储模块中，并共享给协作集合内的所有协作基站。

本发明基站还包括初始模块，用于按现有SLNR方案初始化发送波束赋形矢量；计算接收波束赋形矢量初始估计值，以及自身对协作集合内除服务终端之外的其它干扰终端的干扰初始矢量；将计算得到的接收波束赋形矢量初始估计值及干扰初始矢量存储在存储模块中。

以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种实现协调波束赋形的方法，其特征在于，包括：基站根据上一时隙共享的各干扰终端的接收波束赋形矢量估计值，获取当前时隙的发送波束赋形矢量；

基站根据当前时隙的发送波束赋形矢量以及上一时隙共享的干扰矢量，获取当前时隙的接收波束赋形矢量估计值；

基站将获得的当前时隙的接收波束赋形矢量估计值与自身对其他终端的干扰矢量，共享给协作集合内的所有协作基站。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法之前还包括协作集合中的各所述基站均进行初始化：

所述协作集合中的各基站按最大化信漏噪比SLNR方案初始化发送波束赋形矢量；

所述协作集合中的各基站分别计算接收波束赋形矢量初始估计值，以及各基站自身对协作集合内除服务终端之外的其它干扰终端的干扰初始矢量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获取当前时隙的发送波束赋形矢量包括：

所述基站根据上一时隙共享的各干扰终端的接收波束赋形矢量估计值，基于最大化SLNR准则，计算本基站当前时隙的发送波束赋形矢量。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获取当前时隙的接收波束赋形矢量估计值包括：

所述基站根据当前时隙的发送波束赋形矢量以及上一时隙共享的干扰矢量，基于最小均方差MMSE准则计算当前时隙服务终端的接收波束赋形矢量估计值。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述共享给协作集合内的所有协作基站包括：

所述基站将获得的当前时隙的接收波束赋形矢量估计值与自身对其他终端的干扰矢量，发送给所述协作集合中的其它协作基站。

6.一种基站，其特征在于，至少包括第一获取模块、发送模块、第二获取模块，以及协作模块；其中，

第一获取模块，用于根据上一时隙共享的各干扰终端的接收波束赋形矢量估计值，获取当前时隙的发送波束赋形矢量；

发送模块，用于利用发送波束赋形矢量对信号进行波束赋形；

第二获取模块，用于根据当前时隙的发送波束赋形矢量以及上一时隙共享的干扰矢量，获取当前时隙的接收波束赋形矢量估计值；

协作模块，用于将获得的当前时隙的接收波束赋形矢量估计值与当前时隙基站自身对其他协作终端的干扰矢量，存储在存储模块中，并共享给协作集合内的所有协作基站。

7.根据权利要求6所述的基站，其特征在于，所述基站还包括初始模块，用于按SLNR方案初始化发送波束赋形矢量；计算接收波束赋形矢量初始估计值，以及自身对协作集合内除服务终端之外的其它干扰终端的干扰初始矢量；将计算得到的接收波束赋形矢量初始估计值及干扰初始矢量存储在所述存储模块中。

8.根据权利要求6或7所述的基站，其特征在于，所述基站处于一协作集合中，与协作集合中的其他基站之间互为协作基站；

在协作集合中，每个基站服务一个终端且采用协调波束赋形的方式为终端服务。