CN105471488B - 一种多小区波束形成方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多小区波束形成方法和装置，所述方法包括：以最大化本协作小区调度用户的信号强度、最小化本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露为原则，计算异构网中各协作小区的波束形成矢量bq；基于计算结果，更新对应协作小区的波束形成矢量bq，以使各协作小区根据更新后的波束形成矢量bq与对应的调度用户传输数据。利用本发明所述方法计算得到的波束形成矢量进行数据传输，达到了系统性能和干扰避免的最佳平衡，提高了干扰管理的有效性，进一步提高了低功率节点的系统容量。

Description

一种多小区波束形成方法和装置
技术领域
本发明涉及数字通信技术领域，特别是涉及一种多小区波束形成方法和装置。
背景技术
由于异构网可以通过改进网络的拓扑结构实现系统性能的优化而成为移动通信的研究热点之一。异构网由网络规划的高功率宏基站和位于其覆盖之下具有自主摆放特点的低功率节点组成，低功率节点包括家庭基站、微微蜂窝和Relay站等，能够实现热点区域覆盖、小区业务分流，从而获得小区分裂增益。异构网由于不同类型基站的功率、覆盖不同，低功率节点的自主摆放特点，使得不同基站的控制信道、业务信道的干扰问题非常突出，异构网面临巨大的技术挑战。
在下一代演进系统如3GPP-LTE-A标准中，采用了小区间干扰协调技术来解决由此造成的干扰问题，即eICIC(enhanced inter-cell interference coordinationschemes)。eICIC是LTE-A中标志性的关键技术之一，用于改善小区边缘覆盖，实现小区业务分流为目的，如覆盖距离扩展(range extension，简称RE)。eICIC主要分为两类：第一类为基于载波聚合技术的eICIC方案，第二类为基于时域ABS(almost blank subframes)的方案。ABS通过在干扰小区中配置ABS子帧实现业务静默，而被干扰小区则使用这些ABS子帧为原来在小区中受较强干扰的用户提供业务，从而实现了小区间干扰的协调。
载波聚合作为LTE-A的关键技术之一，除了在聚合形成的大带宽上提供高速业务以外，还能在成员载波(component carrier,简称CC)分辨率级别实现异构网络的频域干扰避免。假设异构网络的带宽由两个成员载波组成：f1和f2。为了实现宏基站和微微基站的干扰协调，可以将f1和f2分别分配给宏基站和微微基站的用户，从而实现用户业务信道和控制信道的干扰避免；或者微微基站的小区中心用户可以分配和宏小区相同的成员载波，而边缘用户则分配与宏基站不同的成员载波。这种方案的缺点是只能被LTE-A用户采用，不能兼容LTE用户。所有上述技术的应用有一个重要的前提，即首先解决小区中的用户服务小区选择问题。在蜂窝移动通讯网中，所有用户有一个归属的服务小区，为用户提供广播、业务传输等服务。在传统的同构网中，用户的服务小区选择基于接收信号强度的测量。在异构网中，由于新增节点的发射功率远低于宏基站，基于接收信号强度的服务小区选择方法，将造成这些节点的覆盖范围很小，没有实现小区分裂增益最大化。围绕提高低功率节点的优先级、扩大低功率节点覆盖范围这个目标，3GPP会议展开了研究与讨论，提出了一些增强型的LTE-A异构网络小区选择与重选算法，主要是高通公司提出的RE(Range Extension)算法以及路损算法。RE算法的核心思想是在传统的服务小区选择算法中，给低功率节点的接收功率RSRP(Reference Signal Receiving Power)增加一个大于0的bias值(偏移值)，而对宏小区的RSRP补偿值bias为0，从而降低低功率节点的门槛，增大UE选择低功率节点作为服务小区的几率。在基于路径损耗的小区选择算法中，每个UE选择路径损耗最低(Minimum PathLoss)的小区作为服务小区。
上述方法使得低功率节点的覆盖范围显著增大，甚至可以与宏小区相仿。但是对于处在低功率节点覆盖边缘的用户，即使采取干扰消除措施去除强干扰源的影响，由于其服务小区(低功率节点)的发射功率过低而导致下行SINR(信干噪比)很低，从而引起小区频谱利用率降低。
当采用多天线技术时，小区间干扰协调可进一步在空域进行，如协作多点传输技术(CoMP,Coordinated Multi-Point)，通过相邻小区间移动用户信道信息的交互，相邻小区对边缘用户采取一定的干扰避免策略或者多个小区对移动用户进行联合传输，从而提高边缘用户的吞吐量和高数据传输率的覆盖，减小边缘用户的干扰，提高小区吞吐量。在异构网情形，COMP可以作为对上述eICIC技术的增强技术，在eICIC获得的增益之上，进一步获得系统容量增加。
目前小区间协作波束避免算法主要适用于同构网络场景。对于异构网络场景，由于小区用户的信干比分布差异较大，使得传统的干扰避免算法如Zero Forcing(置零)算法、SLNR(信干漏比)算法的有效性大大降低，同时，随着低功率节点密度增大，上述波束避免算法将受到天线数目的限制，即自由度受限。
综上所述可知现有技术存在如下技术问题：
(1)由于低功率节点的引入，产生了大量的边缘用户，目前已有的波束选择方法都是基于同构小区的假设，但是在异构网络，不同性质的小区其信干比分布对用户的波束选择影响较大；
(2)异构网中引入的低功率节点采用多天线技术，对于密集异构网络，现有方法性能受到自由度的限制。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明，以便提供一种解决上述技术问题的基于信号和加权干扰泄露比的多小区波束形成方法和装置。
依据本发明的一个方面，提供了一种多小区波束形成方法，包括：
以最大化本协作小区调度用户的信号强度、最小化本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露为原则，计算异构网中各协作小区的波束形成矢量bq；
基于计算结果，更新对应协作小区的波束形成矢量bq，以使各协作小区根据更新后的波束形成矢量bq与对应的调度用户传输数据。
可选地，本发明所述方法中，对于每个协作小区，计算所述的波束形成矢量bq，具体包括：
收集各协作小区调度用户根据预设的测量配置信息采集的测量数据；
基于收集的测量数据，求取包含有未知量bq的本协作小区调度用户信号强度信息以及本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露信息；
通过调整本协作小区bq的取值，调整本协作小区调度用户信号强度以及本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露的取值，并以最大化本协作小区调度用户信号强度、最小化本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露为原则，确定本协作小区bq的取值。
可选地，本发明所述方法中，收集的测量数据包括：所有协作小区到所有调度用户的信道、各协作小区的波束形成矢量、以及各协作小区调度用户接收到干扰信号的功率信息。
可选地，本发明所述方法中，收集的各协作小区的波束形成矢量，具体为：
对于本协作小区，收集的波束形成矢量为待求解的变量；
对于其他协作小区，若对应协作小区更新过波束形成矢量，则收集的波束形成矢量为最近一次更新的矢量值；否则，收集的波束形成矢量为对应协作小区按照固有算法得到的波束形成矢量初始值。
可选地，本发明所述方法中，所述波束形成矢量或者，
Figure BDA0000556640060000042
式中，
Figure BDA0000556640060000043
为bq的共轭转置，
Figure BDA0000556640060000044
hq,q为本协作小区q到其调度用户的信道，
Figure BDA0000556640060000045
hi,q为是其他协作小区i(i≠q)到q小区调度用户的信道，λi,q为加权系数，
Figure BDA0000556640060000046
表示矩阵A和B的最大广义特征值矢量，Q为协作小区的个数。
可选地，本发明所述方法中，当各协作小区为集中式协作小区时，由预设的中心节点逐一计算异构网中各协作小区调度用户的波束形成矢量bq，并将各波束形成矢量bq发送至对应的协作小区；
当各协作小区为分布式协作小区时，逐一由各协作小区计算自身小区调度用户的波束形成矢量bq，并在每个协作小区计算得到对应的波束形成矢量bq后，将其发送至其他协作小区。
依据本发明的另一个方面，还提供了一种多小区波束形成装置，包括：
计算模块，用于以最大化本协作小区调度用户的信号强度、最小化本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露为原则，计算异构网中协作小区的波束形成矢量bq；
更新模块，用于基于计算模块的计算结果，更新对应协作小区的波束形成矢量bq，以使对应协作小区根据更新后的波束形成矢量bq与对应的调度用户传输数据。
可选地，本发明所述装置中，所述计算模块，具体包括：
信息收集单元，用于收集异构网中各协作小区调度用户根据预设的测量配置信息采集的测量数据；
变量求取单元，用于基于收集的测量数据，求取包含有未知量bq的本协作小区调度用户信号强度信息以及本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露信息；
调整单元，用于通过调整本协作小区bq的取值，调整本协作小区调度用户信号强度以及本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露的取值，并以最大化本协作小区调度用户信号强度、最小化本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露为原则，确定本协作小区bq的取值。
可选地，本发明所述装置中，所述信息收集单元收集的测量数据包括：所有协作小区到所有调度用户的信道、各协作小区的波束形成矢量、以及各协作小区调度用户接收到干扰信号的功率信息；
其中，对于本协作小区，收集的波束形成矢量为待求解的变量；
对于其他协作小区，若对应协作小区更新过波束形成矢量，则收集的波束形成矢量为最近一次更新的矢量值；否则收集的波束形成矢量为对应协作小区按照固有算法得到的波束形成矢量初始值。
可选地，本发明所述装置中，所述计算模块计算得到的波束形成矢量
Figure BDA0000556640060000061
或者，
Figure BDA0000556640060000062
式中，
Figure BDA0000556640060000063
为bq的共轭转置，
Figure BDA0000556640060000064
hq,q为本协作小区q到其调度用户的信道，
Figure BDA0000556640060000065
hi,q为是其他协作小区i(i≠q)到q小区调度用户的信道，λi,q为加权系数，
Figure BDA0000556640060000066
表示矩阵A和B的最大广义特征值矢量，Q为协作小区的个数。
依据本发明的第三个方面，还提供了一种协作基站，覆盖异构网系统中一个或多个协作小区，所述协作基站包含本发明所述的多小区波束形成装置。
可选地，当异构网系统为集中式系统时，未被选中为中心节点的协作基站，关闭自身的多小区波束形成装置的功能；被选为中心节点的协作基站使能多小区波束形成装置，并逐一计算异构网系统中各协作小区的波束形成矢量；
当异构网系统为分布式系统时，所有协作基站使能自身的多小区波束形成装置，逐一由各协作基站计算对应协作小区的波束形成矢量，并在每个协作基站计算得到对应的波束形成矢量bq后，将其发送至其他协作基站。
本发明有益效果如下：
本发明所述方法和装置在计算对应协作小区的波束形成矢量时，在最大化自己的信号强度时，依据本小区的信干燥比、邻小区的信干燥比，以及SOIR(本小区信号与相邻小区干扰比)，动态调整自己对邻小区的干扰泄露，达到了系统性能和干扰避免的最佳平衡，提高了干扰管理的有效性，进一步提高了低功率节点的系统容量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种多小区波束形成方法的流程图；
图2为本发明实施例中异构网示意图；
图3为本发明实施例中集中式异构网实现多小区波束形成的实现框图；
图4为本发明实施例中集中式异构网实现多小区波束形成的流程图；
图5为本发明实施例中分布式异构网实现多小区波束形成的流程图；
图6为本发明实施例提供的一种多小区波束形成装置的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种多小区波束形成方法和装置，所述方法为基于信号和加权干扰泄露比的波束形成方法，通过动态调整本协作小区对其他协作小区的干扰泄露，达到系统性能和干扰避免的最佳平衡。下面就通过几个具体实施例对本发明的具体实施过程进行阐述。
实施例一
本发明实施例提供一种多小区波束形成方法，如图1所示，包括：
步骤S101，以最大化本协作小区调度用户的信号强度、最小化本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露为原则，计算异构网中各协作小区的波束形成矢量bq；
本实施例中，考虑到异构网计算波束形成矢量分为分布式和集中式两种结构，所以本发明中，令不同结构的异构网计算波束形成矢量的主体不同，以适应各结构，表现为：
对于集中式异构网波束形成矢量计算，由预设的中心节点逐一计算异构网中各协作小区的波束形成矢量bq，并将各波束形成矢量bq发送至对应的协作小区；
对于分布式异构网波束形成矢量计算，逐一由各协作小区计算自小区的波束形成矢量bq，并在每个协作小区计算得到对应的波束形成矢量bq后，将其发送至其他协作小区，以为其他协作小区计算对应的波束形成矢量提供最新的参数支持。
进一步地，该步骤中，对于每个协作小区，计算对应的波束形成矢量bq，具体包括：
(1)收集各协作小区调度用户根据预设的测量配置信息采集的测量数据；
其中，收集的测量数据包括：所有协作小区到所有调度用户的信道、各协作小区的波束形成矢量、以及各协作小区调度用户接收到干扰信号的功率信息等。
其中，对于本协作小区，收集的波束形成矢量为待求解的变量；
对于其他协作小区，若对应协作小区更新过波束形成矢量，则收集的波束形成矢量为最近一次更新的矢量值；否则，收集的波束形成矢量为对应协作小区按照固有算法得到的波束形成矢量初始值。
需要说明的是，当异构网波束形成矢量计算为集中式结构时，优选地，由中心节点预先收集计算所有协作小区对应的波束形成矢量所需的测量数据。当计算某个协作小区的波束形成矢量时，提取针对该协作小区的测量数据即可，避免多次收集影响计算效率。
(2)基于收集的测量数据，求取包含有未知量bq的本协作小区调度用户信号强度信息以及本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露信息；
(3)通过调整本协作小区bq的取值，调整本协作小区调度用户信号强度以及本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露的取值，并以最大化本协作小区调度用户信号强度、最小化本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露为原则，确定本协作小区bq的取值。
也就是说，在最大化信号强度与最小化加权干扰泄露之间寻求一个平衡点，满足该平衡点的bq即为本发明计算得到的bq。
进一步地，本实施例中，通过上述计算原则，给出波束形成矢量bq优选地两种表达式，具体为：
Figure BDA0000556640060000091
或者，
Figure BDA0000556640060000092
式中，
Figure BDA0000556640060000093
hq,q为本协作小区q到其调度用户的信道，
Figure BDA0000556640060000094
hi,q为是其他协作小区i(i≠q)到q小区调度用户的信道，λi,q为加权系数，
Figure BDA0000556640060000095
表示矩阵A和B的最大广义特征值矢量，Q为协作小区的个数。
步骤S102，基于计算结果，更新对应协作小区的波束形成矢量bq，以使各协作小区根据更新后的波束形成矢量bq与对应的调度用户传输数据。
利用本发明所述方法计算得到的波束形成矢量进行数据传输，达到了系统性能和干扰避免的最佳平衡，提高了干扰管理的有效性，进一步提高了低功率节点的系统容量。
为了更清楚的阐述本发明，下面从设计理念、具体实施细节等方面对本发明所述方案进行阐述，使其能够更好地说明本发明提供的方法的具体实现过程。
本发明实施例中，异构网由宏小区及其覆盖之下的数个低功率基站(每个基站覆盖一个协作小区)如家庭基站、微微基站等组成，基站采用M个天线，终端采用单根天线。
首先，对波束形成矢量的求解过程进行说明，具体包括：
(1)采用协作小区的加权和速率作为代价函数，求解波束形成矢量，其中加权和速率R为：
Figure BDA0000556640060000101
s.t.1)|bq|＝1
其中Q是协作小区的总数，bq是小区q的波束形成矢量(也称：波束权值或者预编码矢量)，αq是小区q用户k的加权因子，与用户的优先级有关，Rk,q是小区q中用户k的传输速率，其值为：
Rk,q＝log2(1+SINRk,q)
上式中SINRk,q为小区q中用户k的信干噪比，值为：
Figure BDA0000556640060000102
上式中Pq和Pi分别是小区q和i的发射功率，而
Figure BDA0000556640060000103
是噪声功率，hk,q和hk,i分别为小区q和i到用户k的信道，bi为小区i的波束形成矢量。
(2)构造拉格朗日函数J：
Figure BDA0000556640060000104
μb是拉格朗日常数，TH表示对T的转置共轭操作。
(3)令拉格朗日函数J对波束形成矢量
Figure BDA0000556640060000105
的导数为零
Figure BDA0000556640060000106
对导数等于0的表达式整理得到下述表达式：
Figure BDA0000556640060000107
上式中
Figure BDA0000556640060000108
hq,q是小区q到其调度用户的信道，而hi,q则为是小区i(i≠q)到q小区调度用户的信道，λi,q是加权系数。
其中，加权系数λi,q等于：
Figure BDA0000556640060000109
上式中Iq和Ii分别是小区q中用户接收到的干扰信号功率和小区i中用户接收到的干扰信号功率，其中
Figure BDA0000556640060000111
其中，hq,i则为是i小区到小区q调度用户的信道。
λi,q可进一步表示如下：
Figure BDA0000556640060000112
式中SINRq和SINRi分别是小区q和i的信干燥比,Sq是小区q调度用户的信号强度，其中，Sq＝|hq,qbq|2Pq。
(4)波束形成矢量的求解通过下式瑞利商的最大值求解：
Figure BDA0000556640060000113
即最大化信号与加权干扰泄露比获得波束形成矢量。
或者，波束形成矢量由下式计算得到：
Figure BDA0000556640060000114
其中
Figure BDA0000556640060000115
表示矩阵A和B的最大广义特征值矢量。
综上所述，可知本实施例所述方法通过选择协作小区的和速率作为代价函数，以波束权值矢量模为一作为约束条件，将小区间协作的波束矢量求解问题转化为具有约束的最优化问题。对于该最优化问题，利用拉格朗日函数，以及最优解所满足的条件，获得一种新的小区间协作波束形成算法。新算法在最大化自己的信号强度时，依据本小区的信干燥比、邻小区的信干燥比，以及SOIR(本小区信号与相邻小区干扰比)，动态调整自己对邻小区的干扰泄露，以便达到系统性能和干扰避免的最佳平衡，提高了干扰管理的有效性，进一步提高了低功率节点的系统容量。
其次，基于上述波束形成矢量的具体算法，对计算各协作小区的波束形成矢量过程进行说明，具体包括：
(1)针对集中式异构网络波束形成矢量计算：
第一步：设置中心节点，中心节点可位于某个协作小区的基站上，也可独立设置；
第二步：中心节点收集所有协作小区中调度用户的测量数据，该测量数据包括所有协作小区到所有调度用户的信道信息hi,j，i,j＝1,…,Q等；
第三步：中心节点计算各小区的波束形成矢量bi，i＝1,…,Q；
第四步：中心节点将计算的波束形成矢量发送各小区。
中心节点计算各协作小区的波束形成矢量的步骤如下：
第一步：初始化，中心节点根据收集的测量数据，确定各协作小区的波束形成矢量的初值bi,0,令bi＝bi,0，i＝1,…,Q；其中，各协作小区波束形成矢量初值可以按照目前波束形成矢量计算方式中的任意一种方式计算得到，本发明不对初值的具体计算形式进行唯一限定。
第二步：循环操作，从协作小区i＝1到Q，依次进行下述计算：
(1)根据收集到的测量数据，利用公式(A)或(B)计算协作小区i的波束形成矢量bi；
(2)用计算的协作小区i的波束形成矢量bi更新旧的bi；
(3)进行下一个小区波束形成矢量的计算。
(二)针对分布式异构网络波束形成矢量计算；
分布式异构网络中，波束形成矢量的计算在各协作小区的基站完成，具体包括下面几个步骤：
第一步：初始化，各个协作小区独自计算各自小区的波束形成矢量的初值bi,0，令bi＝bi,0，i＝1,…,Q，并将计算的初值发送给其他协作小区；
第二步：协作小区q收集自小区的测量数据，以及接收其他协作小区i反馈的测量数据，如hi,i，hi,q，bi，Ii；
第三步：协作小区q利用本小区的hq,q，bq，计算Eq，而利用其他协作小区i的反馈计算λi,qAi,q和Iq；
第四步：协作小区q利用公式(A)或(B)计算更新bq，并将该bq发送至其他协作小区，为其他小区计算波束形式矢量提供支持；
第五步：在其他协作小区中选择一个小区，如q'＝q+1，q'按照步骤1-4计算更新各自的波束形成矢量。
第六步：所有协作小区更新波束形成矢量后，步骤结束。
第三，基于“首先”部分公开的算法推导，“其次”部分公开的基本计算原理，下面以LTE-A系统为例说明本发明的一个具体实现方式。
如图2所示，异构网由一个宏小区210和两个微微小区220、230组成，其中宏小区半径为500米，功率为43dBm。两个微微小区位于宏小区的覆盖之下。宏小区设为小区1，而微微小区设为小区2和小区3。假设三个小区共有40个用户。
如图3所示，针对集中式异构网波束形成矢量计算，基于本发明的一种实现框图，主要分解为两层：
(1)协作小区，如协作小区i310和协作小区j320；
(2)中心节点330，可位于任意一个基站，例如宏小区基站处。
协作小区的基站上运行独立的公平调度器(PF调度器)和波束选择，其中公平调度器根据所属小区服务用户的平均瞬时速率和历史平均速率计算用户调度优先级，其次根据优先级次序决定调度用户，最后PF调度器根据中心节点的输出结果，按照联合设计的波束矢量调度用户。
中心节点运行联合小区波束选择算法，为此：
S301，各个协作小区的调度器选择调度的用户；举例说明：若有三个协作小区C1、C2、C3，则各协作小区选择对应的调度用户为UC1、UC2、UC3，则中心节点为各协作小区计算与对应调度用户进行数据传输所需的波束形成矢量，依次类推，直到为每个协作小区计算其所有调度用户所需的波束形成矢量。
S302，各个协作小区将测量结果上报至中心节点，如各个调度用户到各个小区的信道矩阵等；
S303，中心节点运行联合小区波束选择算法，联合设计各个协作小区调度用户的波束形成矢量；
S304，中心节点输出波束形成矢量结果，并将输出结果发送到各协作小区；
S305，各个协作小区采用收到的波束形成矢量发送用户数据。
如图4所示，是基于本发明的一种实现流程。
在LTE中，系统消息通过广播信道SBCH的SIB信息携带。假设小区1是中心节点所在基站。中心节点确定小区1～3是协作小区，故也是测量小区集合，小区1、2、3通过Sib消息扩展(即LTE的Sib消息中，新定义小区测量集合)，在本小区广播。Ue1通过读取SIB消息，即可获得测量小区集合(图中步骤1)，即小区1～3。
Ue1对小区1～3的测量配置是通过RRC Connnection Reconfiguration消息中的Measurement Configuration IE来实现的，测量配置消息Measurement Configuration IE是对LTE系统的原消息IE扩展而成(图中步骤2)。
用户Ue1(调度用户)根据测量配置，完成小区集合{小区1，2，3}算法所需要的参数测量(图中步骤3、4)，如RSRP(Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率)和RSRQ(Reference Signal Received Quality，参考信号接收质量)，信道矩阵等的测量，采用小区1～3的各自小区公有导频符号进行测量。
小区2和小区3将各自小区调度用户的测量结果上报小区1(图中步骤5)。
小区1收集所有调度用户针对小区集合{小区1，2，3}的测量值。
小区1计算调度用户的波束选择矢量，并通知各个小区，各个小区的PF调度器依次采用收到的波束形成矢量调度用户(图中步骤6、7)；
各个小区{小区1，2，3}与各自小区的调度用户传输数据(图中步骤8)。
如图5所示是基于本发明的一种分布式协作小区波束选择算法流程图，算法主要包括三个部分，即波束形成矢量初始化，第一个协作小区波束矢量计算更新和其他协作小区波束形成矢量计算更新。其中波束形成矢量初始化在分布式算法的开始前计算，具体包括图5中的步骤1和2。
波束形成矢量初始化的目的主要为后续的波束选择算法提供初始值，计算过程包括：
a)各个小区首先收集所有用户的信道测量值；
b)各个小区根据信道测量值，利用特征值法求各自小区的波束形成矢量，作为各小区波束形成矢量的初值；需要说明的是，所述的特征值法只是求取波束形成矢量的一种方式，是一种示例性说明，不是唯一性限定。
c)各个小区初值发送其他小区，如小区1通知小区2、3关于小区波束形成矢量初值，小区2通知小区1和小区3束矢量初值，小区3通知小区1和小区2束矢量初值。
在波束形成矢量计算更新环节中，每次只有一个小区计算并更新其波束形成矢量。为了描述更新过程，此处以小区1作为例子，令小区1首先更新，即令更新小区为q＝1。更新过程分解为：
(1)接收其他小区的测量数据信息，具体为：小区1首先接收其他小区波束形成矢量，其他小区调度用户的信道估计值，以及其他小区的调度用户干扰值；
(2)小区1根据本小区的测量数据和其他小区的测量数据，通过波束形成矢量计算公式(A)或(B)计算其新的波束形成矢量；
(3)小区1将其更新的波束形成矢量发往其他小区。
最后一个过程即更新小区循环的过程，此时，计算波束形成矢量的小区轮为小区q＝q+1＝2，即令更新小区为q＝q+1，新的更新小区采用上述波束形成矢量计算更新过程完成其波束形成矢量更新操作。
当q＝Q时，Q为协作小区总数，即所有协作小区均完成各自小区波束形成矢量更新操作。经过上述三个过程，所有用户完成一次小区、协作选择更新过程。
实施例二
本发明实施例提供一种多小区波束形成装置，如图6所示，包括：
计算模块610，用于以最大化本协作小区调度用户的信号强度、最小化本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露为原则，计算异构网中协作小区的波束形成矢量bq；
更新模块620，用于基于计算模块的计算结果，更新对应协作小区的波束形成矢量bq，以使对应协作小区根据更新后的波束形成矢量bq与对应的调度用户传输数据。
优选地，所述计算模块610，具体包括：
信息收集单元611，用于收集异构网中各协作小区调度用户根据预设的测量配置信息采集的测量数据；
变量求取单元612，用于基于收集的测量数据，求取包含有未知量bq的本协作小区调度用户信号强度信息以及本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露信息；
调整单元613，用于通过调整本协作小区bq的取值，调整本协作小区调度用户信号强度以及本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露的取值，并以最大化本协作小区调度用户信号强度、最小化本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露为原则，确定本协作小区bq的取值。
其中，信息收集单元611收集的测量数据包括：所有协作小区到所有调度用户的信道、各协作小区的波束形成矢量、以及各协作小区调度用户接收到干扰信号的功率信息；
其中，对于本协作小区，收集的波束形成矢量为待求解的变量；
对于其他协作小区，若对应协作小区更新过波束形成矢量，则收集的波束形成矢量为最近一次更新的矢量值；否则收集的波束形成矢量为对应协作小区按照固有算法得到的波束形成矢量初始值。
优选地，所述计算模块通过上述计算原则，计算得到的波束形成矢量
Figure BDA0000556640060000171
或者，
Figure BDA0000556640060000172
式中，
Figure BDA0000556640060000173
hq,q为本协作小区q到其调度用户的信道，
Figure BDA0000556640060000174
hi,q为是其他协作小区i(i≠q)到q小区调度用户的信道，λi,q为加权系数，
Figure BDA0000556640060000175
表示矩阵A和B的最大广义特征值矢量，Q为协作小区的个数。
利用本发明所述装置计算得到的波束形成矢量进行数据传输，达到了系统性能和干扰避免的最佳平衡，提高了干扰管理的有效性，进一步提高了低功率节点的系统容量。
实施例三
本发明实施例提供一种协作基站，覆盖异构网系统中一个或多个协作小区，所述协作基站包含有实施例二所述的多小区波束形成装置。
进一步地，当异构网系统为集中式系统时，未被选中为中心节点的协作基站，关闭自身的多小区波束形成装置的功能；被选为中心节点的协作基站使能多小区波束形成装置，并逐一计算异构网系统中各协作小区的波束形成矢量；
当异构网系统为分布式系统时，所有协作基站使能自身的多小区波束形成装置，逐一由各协作基站计算对应协作小区的波束形成矢量，并在每个协作基站计算得到对应的波束形成矢量bq后，将其发送至其他协作基站。
进一步地，由于实施例二中已经对多小区波束形成装置的具体组成以及实现波束形成矢量计算的过程进行了详细阐述，所以对于本协作基站的具体实施过程在此也不作赘述。
另外，由于本实施例包含实施例二的所有实现方案，所以本实施例可以达到实施例二所述的所有技术效果。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种多小区波束形成方法，其特征在于，包括：
以最大化本协作小区调度用户的信号强度和最小化本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露为原则，通过信号与加权干扰泄露比，计算异构网中各协作小区的波束形成矢量bq，其中，在计算波束形成矢量bq时，采用协作小区的加权和速率作为代价函数，以波束权值矢量模为一作为约束条件，以求解所述计算波束形成矢量bq；
基于计算结果，更新对应协作小区的波束形成矢量bq，以使各协作小区根据更新后的波束形成矢量bq与对应的调度用户传输数据。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于每个协作小区，计算所述的波束形成矢量bq，具体包括：
收集各协作小区调度用户根据预设的测量配置信息采集的测量数据；
基于收集的测量数据，求取包含有将收集的波束形成矢量bq作为待求解的未知变量的本协作小区调度用户信号强度信息以及本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露信息；
通过调整本协作小区bq的取值，调整本协作小区调度用户信号强度以及本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露的取值，并以最大化本协作小区调度用户信号强度、最小化本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露为原则，确定本协作小区bq的取值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，收集的测量数据包括：所有协作小区到所有调度用户的信道、各协作小区的波束形成矢量、以及各协作小区调度用户接收到干扰信号的功率信息。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，收集的各协作小区的波束形成矢量，具体为：
对于本协作小区，收集的波束形成矢量为待求解的变量；
对于其他协作小区，若对应协作小区更新过波束形成矢量，则收集的波束形成矢量为最近一次更新的矢量值；否则，收集的波束形成矢量为对应协作小区按照固有算法得到的波束形成矢量初始值。
5.如权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，所述波束形成矢量
Figure FDA0002726922030000021
或者，
Figure FDA0002726922030000022
式中，
Figure FDA0002726922030000023
为bq的共轭转置，
Figure FDA0002726922030000024
hq,q为本协作小区q到其调度用户的信道，
Figure FDA0002726922030000025
hi,q为其他协作小区i(i≠q)到q小区调度用户的信道，λi,q为加权系数，
Figure FDA0002726922030000026
表示矩阵A和B的最大广义特征值矢量，Q为协作小区的个数。
6.如权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法中：
当各协作小区为集中式协作小区时，由预设的中心节点逐一计算异构网中各协作小区调度用户的波束形成矢量bq，并将各波束形成矢量bq发送至对应的协作小区；
当各协作小区为分布式协作小区时，逐一由各协作小区计算自身小区调度用户的波束形成矢量bq，并在每个协作小区计算得到对应的波束形成矢量bq后，将其发送至其他协作小区。
7.一种多小区波束形成装置，其特征在于，包括：
计算模块，用于以最大化本协作小区调度用户的信号强度、和最小化本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露为原则，通过信号与加权干扰泄露比，计算异构网中协作小区的波束形成矢量bq，其中，在计算波束形成矢量bq时，采用协作小区的加权和速率作为代价函数，以波束权值矢量模为一作为约束条件，以求解所述计算波束形成矢量bq；
更新模块，用于基于计算模块的计算结果，更新对应协作小区的波束形成矢量bq，以使对应协作小区根据更新后的波束形成矢量bq与对应的调度用户传输数据。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块，具体包括：
信息收集单元，用于收集异构网中各协作小区调度用户根据预设的测量配置信息采集的测量数据；
变量求取单元，用于基于收集的测量数据，求取包含有将收集的波束形成矢量bq作为待求解的未知变量的本协作小区调度用户信号强度信息以及本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露信息；
调整单元，用于通过调整本协作小区bq的取值，调整本协作小区调度用户信号强度以及本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露的取值，并以最大化本协作小区调度用户信号强度、最小化本协作小区调度用户对其他协作小区调度用户的加权干扰泄露为原则，确定本协作小区bq的取值。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述信息收集单元收集的测量数据包括：所有协作小区到所有调度用户的信道、各协作小区的波束形成矢量、以及各协作小区调度用户接收到干扰信号的功率信息；
其中，对于本协作小区，收集的波束形成矢量为待求解的变量；
对于其他协作小区，若对应协作小区更新过波束形成矢量，则收集的波束形成矢量为最近一次更新的矢量值；否则收集的波束形成矢量为对应协作小区按照固有算法得到的波束形成矢量初始值。
10.如权利要求7至9任意一项所述的装置，其特征在于，
所述计算模块计算得到的波束形成矢量
Figure FDA0002726922030000031
或者，
Figure FDA0002726922030000032
式中，
Figure FDA0002726922030000033
为bq的共轭转置，
Figure FDA0002726922030000034
hq,q为本协作小区q到其调度用户的信道，
Figure FDA0002726922030000035
hi,q为其他协作小区i(i≠q)到q小区调度用户的信道，λi,q为加权系数，
Figure FDA0002726922030000036
表示矩阵A和B的最大广义特征值矢量，Q为协作小区的个数。
11.一种协作基站，覆盖异构网系统中一个或多个协作小区，其特征在于，所述协作基站包含有权利要求7至10任一项所述的多小区波束形成装置。
12.如权利要求11所述的协作基站，其特征在于，
当异构网系统为集中式系统时，未被选中为中心节点的协作基站，关闭自身的多小区波束形成装置的功能；被选为中心节点的协作基站使能多小区波束形成装置，并逐一计算异构网系统中各协作小区的波束形成矢量；
当异构网系统为分布式系统时，所有协作基站使能自身的多小区波束形成装置，逐一由各协作基站计算对应协作小区的波束形成矢量，并在每个协作基站计算得到对应的波束形成矢量bq后，将其发送至其他协作基站。
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