CN109995406B - 一种无线通信系统的波束赋形方法及基带处理单元 - Google Patents

一种无线通信系统的波束赋形方法及基带处理单元 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种无线通信系统的波束赋形方法及基带处理单元。所述方法包括获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态;根据第一信道状态和射频天线的第一波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值;根据总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子,本发明实施例通过构建总时延的优化目标函数,再采用加权最小均方误差估计算法,得到满足总时算最小时每个射频天线的优化第一波束赋形因子。

Description

一种无线通信系统的波束赋形方法及基带处理单元
技术领域
本发明实施例涉及无线通信技术领域,尤其涉及一种无线通信系统的波束赋形方法及基带处理单元。
背景技术
随着通信技术的发展,智能手机越来越普及,功能也越来越强大,可以支持大容量存储并进行复杂计算。近年来,已有许多将雾计算技术应用于无线接入网络中的研究,而边缘缓存技术也已经被应用于基于雾计算的无线接入网络中,以满足第五代无线通信系统的需求。应用于无线接入网络中的边缘缓存技术就是预先将一些内容资源存储在智能手机用户(Smart User Equipment,S-UE)或者智能无线接入点(Smart Access Point,S-AP)中。当某个用户想要访问这些被缓存的资源时,直接由S-UE或S-AP提供,而不用去访问内容源,大大降低了访问时延。通过边缘缓存技术,内容资源被缓存在网络边缘,可以达到更高的频谱效率、能效和更低的时延。雾计算技术则是利用S-UE和S-AP强大的信号处理能力,使得协同信号处理能力和协同资源管理不仅可以在基带处理单元(Baseband Processing Unit,BBU)中实现,还可以在S-UE和S-AP上实现,从而达到更好的网络性能。除了边缘缓存技术以外,波束赋形算法同样对网络性能有着重要影响。在结合了雾计算和边缘缓存的无线网络中,通信资源、计算资源、缓存资源均对系统性能有着很大的影响,因此可用资源的维度相对于传统无线接入网络更加丰富。针对这些资源的多维度波束赋形问题本身就是一个国际性难题。
现有技术提出一种无线网络中能量有效的资源分配方法,具体是首先计算出能量有效的带宽资源分配;再根据带宽资源分配确定能量有效的功率资源分配,使每次资源分配之后异构无线网络的能量效率和的值增加;然后重复上述步骤,直到能量效率和的值收敛,最后得到能量有效的带宽资源和功率资源的联合分配,从而提升整个异构无线网络的上行能量效率。
现有技术中能量有效的资源分配的方法,还是局限在信号的集中处理,所得到资源分配方法的系统总时延较大。
发明内容
本发明实施例提供一种无线通信系统的波束赋形方法及基带处理单元,用以解决现有技术中局限在信号的集中处理,所得到资源分配方法的系统总时延较大。
第一方面,本发明实施例提供了一种无线通信系统的波束赋形方法,包括:
获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态;
根据所述第一信道状态和所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值;
根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子。
第二方面,本发明实施例提供了一种用于无线通信系统的波束赋形方法的基带处理单元,包括:
采集模块,用于获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态;
建模模块,用于根据所述第一信道状态和所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值;
计算模块,用于根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子。
第三方面,本发明实施例还提供了一种电子设备,包括:
处理器、存储器、通信接口和总线;其中,
所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信;
所述通信接口用于该电子设备的通信设备之间的信息传输;
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令,所述处理器调用所述程序指令能够执行如下方法:
获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态;
根据所述第一信道状态和所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值;
根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子。
第四方面,本发明实施例还提供了一种存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现如下方法:
获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态;
根据所述第一信道状态和所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值;
根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子。
本发明实施例提供的无线通信系统的波束赋形方法及基带处理单元,通过构建总时延的优化目标函数,再采用加权最小均方误差估计算法,得到满足总时算最小时每个射频天线的优化第一波束赋形因子。
附图说明
图1为本发明实施例的无线通信系统的波束赋形方法流程图;
图2为本发明实施例的另一无线通信系统的波束赋形方法流程图;
图3为本发明实施例的用于无线通信系统的波束赋形方法的基带处理单元结构示意图;
图4为本发明实施例的电子设备结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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作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。
本发明实施例中的系统至少包括有一个基带处理单元(BaseBand ProcessingUnit,BBU)、N个射频天线、M个无线接入点和K个终端,其中所述基带处理单元保存有所有数据,所述射频天线与所述基带处理单元相连,所述射频天线可以为射频拉远头(RemoteRadio Head,RRH)没有存储能力,用于从基带处理单元下载数据并与系统中终端和无线接入点进行信息传输,所述无线接入点为智能无线接入点可以用来存储一定量的数据,所述终端可以为智能终端同样保存了一定量的数据。其中每个终端都可以与所有的无线接入点进行信息交互,从所述无线接入点获取需要的数据,每个终端还可以与相配对的S个配对终端进行信息交互,从这些相配对的终端获取需要的数据,其中所述相配终端为根据系统中每个终端所处的位置和功能,能够向与所述终端传输数据的其它终端,每个终端还可以与所有的射频天线进行信息交互,并通过射频天线从基带处理单元获取没有从所述无线接入点和所述配对终端获取的数据。为了提高每个终端获取数据的效率,在下面的实施例中给出了向所述终端进行数据传输时对系统的总时延进行优化后得到的所述射频天线、所述无线接入点和相配对的终端所采用的传输模式,即波束赋形因子的获取方法。
图1为本发明实施例的无线通信系统的波束赋形方法流程图,如图1所示,所述方法包括:
步骤S01、获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态。
基带处理单元先从每个终端获取每个射频天线向所述终端传输数据时的第一信道状态向量
Figure GDA0003344218770000051
其中所述
Figure GDA0003344218770000052
表示终端k的第一信道状态向量,
Figure GDA0003344218770000053
表示射频天线n向终端k进行数据传输时的第一信道状态,其中n=1,2,……,N。
步骤S02、根据所述第一信道状态和所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值。
Figure GDA0003344218770000054
表示射频天线n向终端k进行数据传输时采用的第一波束赋形因子,则所有射频天线向终端k进行数据传输时采用的第一波束赋形因子向量为
Figure GDA0003344218770000055
由此得到所有终端从射频天线得到所需数据的第一总时延可以由两个部分组成,分别是每个终端从射频天线得到所需数据的时延和所述射频天线从基带处理单元获取所需要数据的时延,具体可以表示为:
Figure GDA0003344218770000056
其中所述
Figure GDA0003344218770000057
为终端k从所有射频天线得到所需数据的时延,具体为:
Figure GDA0003344218770000058
其中所述
Figure GDA0003344218770000059
为终端k从需要从射频天线得到的数据量,所述
Figure GDA00033442187700000510
为终端k从所有射频天线接收数据的第一传输速率,具体为:
Figure GDA00033442187700000511
其中所述
Figure GDA00033442187700000512
为向量的模运算,(·)T为转置运算,所述σ2为终端k接收到的噪声n0的方差,所述其中所述噪声符合高斯分布,即
Figure GDA00033442187700000513
所述
Figure GDA0003344218770000061
为终端k接收数据时的信干操比。
当所述终端仅从所述射频天线获取所需数据时,所述系统的总时延就为所述第一总时延,由此得下所述总时延的优化目标函数如下:
Figure GDA0003344218770000062
Figure GDA0003344218770000063
Figure GDA0003344218770000064
其中优化目标函数的约束条件为对任一射频天线n进行数据传输时的最大允许发送功率和对服务质量(Quality of Service,QoS)的限制,即射频天线n同时向所有的终端进行数据传输时的第一传输功率
Figure GDA0003344218770000065
小于预设的第一功率阈值
Figure GDA0003344218770000066
且任一终端k从所有射频天线接收数据的第一传输速率
Figure GDA0003344218770000067
大于预设的第一速率阈值
Figure GDA0003344218770000068
以保证不存在接收速率过低的终端。
步骤S03、根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子。
由于所述总时延的优化目标函数由多个分式组成,属于多变量分式规划问题。此时,可以采用加权最小均方误差(Weighted Minimum Mean Square Error Estimation,WMMSE)估计算法进行凸优化。将一个多变量非凸问题转变成一个对每个变量都是凸问题的函数,然后再根据输入的初值,对多个变量进行循环迭代,最后获得循环迭代后保持稳定的变量值。
在本发明实施例中,加权最小均方误差估计算法的具体过程如下:
Figure GDA0003344218770000069
表示终端k的均方误差MSE权重,
Figure GDA00033442187700000610
表示相对应的MSE算子,所述
Figure GDA00033442187700000611
如下式表示:
Figure GDA00033442187700000612
其中所述E[·]为期望运算,所述
Figure GDA00033442187700000613
为与所述
Figure GDA00033442187700000614
相对应的终端k的第一接收波束赋形因子向量,所述Re{·}为取实部运算,所述
Figure GDA00033442187700000615
为终端k从射频天线获取到的数据量,包括终端k所需数据量、其它终端的干扰和噪声,具体为:
Figure GDA0003344218770000071
因此,
Figure GDA0003344218770000072
在给定第一波束赋形因子
Figure GDA0003344218770000073
和第一接收波束赋形因子
Figure GDA0003344218770000074
的前提下,MSE权重的最优解为:
Figure GDA0003344218770000075
在给定第一波束赋形因子向量
Figure GDA0003344218770000076
和MSE权重
Figure GDA0003344218770000077
的前提下,第一接收波束赋形因子的最优解为:
Figure GDA0003344218770000078
在给定第一波束赋形因子
Figure GDA0003344218770000079
和MSE权重
Figure GDA00033442187700000710
的前提下,所述总时延的优化目标函数可以转化为如下凸优化函数:
Figure GDA00033442187700000711
Figure GDA00033442187700000712
Figure GDA00033442187700000713
并可以解得所述第一波束赋形因子向量
Figure GDA00033442187700000714
通过对上述三个过程的循环迭代,所述第一波束赋形因子向量
Figure GDA00033442187700000715
中的每个第一波束赋形因子
Figure GDA00033442187700000716
会趋向于稳定,可以通过比较前后两次循环迭代后得到的
Figure GDA00033442187700000717
差值是否小于预设的稳定阈值来判定是否达到稳定。若判定小于预设的稳定阈值,则判定当前循环迭代后得到的
Figure GDA00033442187700000718
的优化第一波束赋形因子向量,其中
Figure GDA00033442187700000719
为每个射频天线的优化第一波束赋形因子,且此时的总时延达到最小值。
本发明实施例中所有的计算过程可以在所述基带处理单元中借助MATLAB的CVX工具箱进行,也可以在其它的后台服务器借助其它的计算机辅助工具进行,在此不作具体限定,为了表述方便,在下面的实施例中都只以所述基带处理单元进行所有的计算过程为例进行举例说明。所述基带处理单元在得到所有优化第一波束赋形因子
Figure GDA00033442187700000720
后,会将每个
Figure GDA00033442187700000721
发送给相对应的射频天线n,从而使射频天线n在对终端k发送数据时采用该优化第一波束赋形因子来调整发送模式。
本发明实施例通过构建总时延的优化目标函数,再采用加权最小均方误差估计算法,得到满足总时算最小时每个射频天线的优化第一波束赋形因子。
图2为本发明实施例的另一无线通信系统的波束赋形方法流程图,如图1所示,所述步骤S01-S03,具体为:
步骤S011、获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态、每个无线接入点向每个终端传输数据时的第二信道状态和每个无线接入点保存的数据量在系统总的数据量中的第二占有率;
由于在所述无线接入点可以保存一定数量的数据,且所述终端从所述无线接入点获取数据的效率相较与从射频天线获取数据的效率更高,所以当所述终端k需要数据时,会先从所有的无线接入点获取需要的数据,当还有数据无法从所述无线接入点获取时,再通过所述射频天线从基带处理单元获取。此时所述系统的总时延就变为从无线接入点获取数据的第二总时延加上从射频天线获取数据的第一总时延。
为此,所述基带处理单元除了获取上述实施例所述的第一信道状态外,还需要获取每个无线接入点m向所述终端k发送数据时的第二信道状态
Figure GDA0003344218770000081
并组成第二信道状态向量
Figure GDA0003344218770000082
所述基带处理单元还需要获取所述终端k能够从每个无线接入点m获取的数据量与所述终端k需要的数据量Bk的比值
Figure GDA0003344218770000083
为了简便起见也可以用每个无线接入点m上存储的数据量与基带处理单元中保存的数据量的比值的第二占有率来代替。此时,得到终端k从需要从射频天线得到的数据量
Figure GDA0003344218770000084
Figure GDA0003344218770000085
步骤S021、根据所述第一信道状态、第二信道状态、第二占有率、所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子和所述无线接入点向所述终端进行数据传输时所采用的第二波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一无线接入点进行数据传输时的第二传输功率小于预设的第二功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值,任一终端从所有无线接入点接收数据的第二传输速率大于预设的第二速率阈值。
与上述实话例中的第一波束赋形因子相似,用
Figure GDA0003344218770000091
表示无线接入点向终端k进行数据传输时采用的第二波束赋形因子,则所有无线接入点向终端k进行数据传输时采用的第一波束赋形因子向量为
Figure GDA0003344218770000092
由此得到所有终端从无线接入点得到所需数据的第二总时延,具体可以表示为:
Figure GDA0003344218770000093
其中所述
Figure GDA0003344218770000094
为终端k从所有无线接入点得到所需数据的时延,具体为:
Figure GDA0003344218770000095
其中所述
Figure GDA0003344218770000096
为终端k从所述无线接入点m接收数据的速率。
再结合上述实施例得到的第一总时延,可以得到所述系统的总时延的优化目标函数如下:
Figure GDA0003344218770000097
Figure GDA0003344218770000098
Figure GDA0003344218770000099
Figure GDA00033442187700000910
Figure GDA00033442187700000911
Figure GDA00033442187700000912
Figure GDA00033442187700000913
其中优化目标函数的约束条件除了对上述实施例中任一射频天线n进行数据传输时的最大允许发送功率和对每个终端k的服务质量(Quality of Service,QoS)的限制外,还包括对任一无线接入点存储空间的限制。所述约束条件具体包括:任一无线接入点的存储空间不能大于预设的第一缓存阈值Cm,任一射频天线n同时向所有的终端进行数据传输时的第一传输功率
Figure GDA00033442187700000914
小于预设的第一功率阈值
Figure GDA00033442187700000915
任一无线接入点m进行数据传输时的第二传输功率小于预设的第二功率阈值
Figure GDA00033442187700000916
且任一终端k从所有射频天线接收数据的第一传输速率
Figure GDA00033442187700000917
大于预设的第一速率阈值
Figure GDA00033442187700000918
任一终端k从所有无线接入点接收数据的第二传输速率
Figure GDA00033442187700000919
大于预设的第二速率阈值
Figure GDA00033442187700000920
步骤S031、根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子和优化第二波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子和第二波束赋形因子分别为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子和每个无线接入点的第二波束赋形因子。
由于所述基带处理单元已知每个无线接入点的第二占有率,即所述
Figure GDA0003344218770000101
已知的情况下,可以得到所述第二占有率的平均值
Figure GDA0003344218770000102
此时所述总时延的优化目标函数可以简化为:
Figure GDA0003344218770000103
Figure GDA0003344218770000104
Figure GDA0003344218770000105
Figure GDA0003344218770000106
Figure GDA0003344218770000107
同样采用与上述实施例相同的加权最小均方误差估计算法分别对第一总时延和第二总时延进行凸优化,分别得到如下第一总时延的凸优化函数:
Figure GDA0003344218770000108
Figure GDA0003344218770000109
Figure GDA00033442187700001010
第二总时延的凸优化函数:
Figure GDA00033442187700001011
Figure GDA00033442187700001012
Figure GDA00033442187700001013
其中所述
Figure GDA00033442187700001014
Figure GDA00033442187700001015
分别表示与无线接入点相对应的终端k的均方误差MSE权重和MSE算子。
然后通过循环迭代,得到每个射频天线的优化第一波束赋形因子和每个无线接入点的优化第二波束赋形因子以满足所述总时延的优化目标函数的最小值。具体的循环迭代过程与上述实施例相似,此处不再赘述。
所述基带处理单元在得到所有优化第一波束赋形因子
Figure GDA00033442187700001016
和优化第二波束赋形因子
Figure GDA0003344218770000111
后,会将
Figure GDA0003344218770000112
发送给相对应的射频天线n,将
Figure GDA0003344218770000113
发送给无线接入点m,从而使射频天线n和无线接入m在对终端k发送数据时采用该优化第一波束赋形因子和优化第二波束赋形因子来调整发送模式。
本发明实施例通过构建由与射频天线相对应的第一总时延和与无线接入点相对应的第二总时延相加的总时延的优化目标函数,再采用加权最小均方误差估计算法,得到满足总时算最小时每个射频天线的优化第一波束赋形因子和每个无线接入点的优化第二波束赋形因子。
基于上述实施例,进一步地,所述步骤S011-S031具体为:
步骤S012、获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态、每个无线接入点向每个终端传输数据时的第二信道状态、每个无线接入点保存的数据量在系统总的数据量中的第二占有率、每个终端的配对终端,每个配对终端向所述终端进行数据传输时的第三信道状态和每个配对终端保存的数据量在系统总的数据量中的第三占有率,其中所述配对终端为可以向所述终端进行数据传输的终端;
与所述无线接入点相似,系统中的每个终端也可以保存一定数量的数据,当所述终端k需要数据时,会先从配对终端和无线接入点获取需要的数据,当还有数据无法从所述配对终端和无线接入点获取时,再通过所述射频天线从基带处理单元获取。此时所述系统的总时延变为从配对终端获取数据的第三总时延、从无线接入点获取数据的第二总时延和从射频天线获取数据的第一总时延之和。
为此,所述基带处理单元除了获取上述实施例所述的第一信道状态、第二信道状态、第二占有率外,还需要获取所述配对终端s向所述终端k发送数据时所采用的第三信道状态
Figure GDA0003344218770000114
并组成第二信道状态向量
Figure GDA0003344218770000115
以及所述终端k能够从每个配对终端s获取的数据量与所述终端k需要从所述配对终端获取的数据量Bk′相对得到的第三占有率
Figure GDA0003344218770000116
步骤S022、根据所述第一信道状态、第二信道状态、第三信道状态、第二占有率、第三占有率、所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子、所述无线接入点向所述终端进行数据传输时所采用的第二波束赋形因子和所述配对终端向所述终端进行数据传输时所采用的第三波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一无线接入点进行数据传输时的第二传输功率小于预设的第二功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值,任一终端从所有无线接入点接收数据的第二传输速率大于预设的第二速率阈值,任一终端向所有配对终端进行数据传输时的第三传输功率小于预设的第三功率阈值,任一终端从所有相对应的配对终端接收数据的第三传输速率大于预设的第三速率阈值。
与上述实施例中的第一波束赋形因子和第二波束赋形因子相似,用
Figure GDA0003344218770000121
表示配对终端s向终端k进行数据传输时采用的第三波束赋形因子,则所有配对终端向终端k进行数据传输时采用的第一波束赋形因子向量为
Figure GDA0003344218770000122
由此得到所有终端从相对应的配对终端得到所需数据的第三总时延如下式所示:
Figure GDA0003344218770000123
其中所述
Figure GDA0003344218770000124
为终端k从所有无线接入点得到所需数据的时延,具体为:
Figure GDA0003344218770000125
其中所述
Figure GDA0003344218770000126
为终端k从相对应的配对终端s接收数据的速率。
再结合上述实施例得到的第一总时延和第二总时延,可以得到所述系统的总时延的优化目标函数如下:
Figure GDA0003344218770000131
Figure GDA0003344218770000132
Figure GDA0003344218770000133
Figure GDA0003344218770000134
Figure GDA0003344218770000135
Figure GDA0003344218770000136
Figure GDA0003344218770000137
Figure GDA0003344218770000138
Figure GDA0003344218770000139
Figure GDA00033442187700001310
Figure GDA00033442187700001311
其中优化目标函数的约束条件除了对上述实施例中任一射频天线n进行数据传输时的最大允许发送功率、对每个终端k的服务质量(Quality of Service,QoS)和对任一无线接入点存储空间的限制。所述约束条件具体包括:任一无线接入点的存储空间不能大于预设的第一缓存阈值Cm,任一配对终端的存储空间不能大于预设的第二缓存阈值Cs,任一射频天线n同时向所有的终端进行数据传输时的第一传输功率
Figure GDA00033442187700001312
小于预设的第一功率阈值
Figure GDA00033442187700001313
任一无线接入点m进行数据传输时的第二传输功率小于预设的第二功率阈值
Figure GDA00033442187700001314
任一配对终端s同时向所有终端进行数据传输时的第三传输功率
Figure GDA00033442187700001315
小于预设的第三功率阈值
Figure GDA00033442187700001316
且任一终端k从所有射频天线接收数据的第一传输速率
Figure GDA00033442187700001317
大于预设的第一速率阈值
Figure GDA00033442187700001318
任一终端k从所有无线接入点接收数据的第二传输速率
Figure GDA00033442187700001319
大于预设的第二速率阈值
Figure GDA00033442187700001320
任一终端k从所有配对终端接收数据的第三传输速率
Figure GDA00033442187700001321
大于预设的第三速率阈值
Figure GDA00033442187700001322
步骤S032、根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子、优化第二波束赋形因子和优化第三波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子、第二波束赋形因子和第三波束赋形因子分别为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子、每个无线接入点的第二波束赋形因子和每个配对终端的第三波束赋形因子。
由于所述基带处理单元已知每个无线接入点的第二占有率和每个配对终端的第三占有率,即所述
Figure GDA0003344218770000141
Figure GDA0003344218770000142
已知的情况下,可以得到所述第二占有率和第三占有率的平均值
Figure GDA0003344218770000143
Figure GDA0003344218770000144
此时所述总时延的优化目标函数可以简化为:
Figure GDA0003344218770000145
Figure GDA0003344218770000146
Figure GDA0003344218770000147
Figure GDA0003344218770000148
Figure GDA0003344218770000149
Figure GDA00033442187700001410
Figure GDA00033442187700001411
同样采用与上述实施例相同的加权最小均方误差估计算法分别对第一总时延、第二总时延和第三总时延进行凸优化,分别得到如上述实施例中的第一总时延和第二总时延,以及如下的第三总时延凸优化函数:
Figure GDA00033442187700001412
Figure GDA00033442187700001413
Figure GDA00033442187700001414
其中所述
Figure GDA00033442187700001415
Figure GDA00033442187700001416
分别表示与配对终端相对应的终端k的均方误差MSE权重和MSE算子。
然后通过循环迭代,得到每个射频天线的优化第一波束赋形因子、每个无线接入点的优化第二波束赋形因子和每个配对终端的第三以束赋形因子以满足所述总时延的优化目标函数的最小值。具体的循环迭代过程与上述实施例相似,此处不再赘述。
所述基带处理单元在得到所有优化第一波束赋形因子
Figure GDA0003344218770000151
优化第二波束赋形因子
Figure GDA0003344218770000152
后和优化第三波束赋形因子
Figure GDA0003344218770000153
会将
Figure GDA0003344218770000154
发送给相对应的射频天线n,将
Figure GDA0003344218770000155
发送给无线接入点m,将
Figure GDA0003344218770000156
发送给配对终端s,从而使射频天线n、无线接入m和配对终端s在对终端k发送数据时采用该优化第一波束赋形因子、优化第二波束赋形因子和优化第三波束赋形因子来调整发送模式。
本发明实施例通过构建由与射频天线相对应的第一总时延、与无线接入点相对应的第二总时延和与配对终端相对应的第三总时延相加的总时延的优化目标函数,再采用加权最小均方误差估计算法,得到满足总时算最小时每个射频天线的优化第一波束赋形因子、每个无线接入点的优化第二波束赋形因子和每个配对终端的第三波束赋形因子。
基于上述实施例,进一步地,所述获取每个无线接入点保存的数据量与系统总的数据量相比的第二占有率,具体为:
按照历史使用率的高低对存储的文件集中的文件进行排序;
根据每个无线接入点存储空间的大小,按照排序依次将所述文件集中的文件分配给每个无线接入点;
根据每个无线接入点保存的文件的数据量与所述文件集的数据量得到所述第二占有率。
为了能够更好得利用无线接入点的存储空间,所述基带处理单元可以预先在所述无线接入点中存入尽可能多的数据,从而使所述无线接入点能够尽可能得从所述无线接入点获取所需数据。对于数据的存储过程可以有很多种方法,本发明实施例只给出了其中的一种。
所述基带处理单元先通过历史数据,将保存在文件集中的所有文件按照历史使用率的高低对文件进行排序。
依次选取一个无线接入点,将文件集中的文件按照排序依次分配给选定的终端,并实时监测该无线接入点的存储空间,直到所述无线接入点的存储空间不足以保存所述文件集中的下一个文件为至。然后再选取下一个无线接入点,直到所有的无线接入点的存储空间都趋于饱和到无法存储下一个文件为至。同时记录下所有文件的分配情况,即每个无线接入点中保存的文件标识,可以通过矩阵
Figure GDA0003344218770000157
来进实记录,其中所述
Figure GDA0003344218770000158
为文件标识为q的文件保存在所述无线接入点m中的情况,若所述
Figure GDA0003344218770000159
为1,则表示该文件保存在无线接入点m,若为0,同表示该文件未保存的无线接入点m中。所述Q为文件集中文件的数量。
通过对矩阵L的中所有文件的分配情况,可以计算出每个无线接入点的第二占有率。所述第二占有率的计算可以是简单得将每个无线接入点保存的文件的数据量比上所述文件集中保存的所有文件的总数据量,也可以用每个文件的历史使用率进行加权处理,具体的计算方法不作具体限定。
在得到第二占有率后,进而再通过加权最小均方差估计算法计算总时延的优化目标函数。
本发明实施例通过对每个无线接入点存储空间的预分配,可以进一步实现所述总时延的优化。
基于上述实施例,进一步地,所述获取每个配对终端保存的数据量与系统总的数据量相比的第三占有率,具体为:
根据每个终端存储空间的大小,按照排序依次将所述文件集中还没有分配给所述无线接入点的文件存入每个终端;
根据每个终端保存的文件的数据量与所述文件集的数据量相比得到所述第三占有率。
与上述无线接入点相同,对于每个终端也可以通过预分配将更多、更高使用率的文件存入每个终端。对于终端中文件的预分配,可以是在无线接入点的文件预分配之前,也可以是在无线接入点的文件预分配之后,可以根据实际的需要以及系统中网络的状态进行设置,此处不作具体限定。但为了表述方便,在下面的实施例中都以所述无线接入点先进行文件预分配为例进行举例说明。
所述基带处理单元,在对所有的无线接入点进行完文件预分配后,选定一个终端,将所述文件集中还没有分配给无线接入点的文件依然按照排序将文件分配给选定的终端,并实时监测该终端的存储空间,直到该终端的存储空间不足以保存下一个文件为至。然后再选取下一个终端,直到所有终端的存储空间都趋于饱和到无法存储下一个文件为至。同时记录下每个终端保存的文件标识,并计算每个终端的第三占有率。
本发明实施例通过对每个终端存储空间的预分配,可以进一步实现所述总时延的优化。
图3为本发明实施例的用于无线通信系统的波束赋形方法的基带处理单元结构示意图,如图3所示,所述基带处理单元至少包括:采集模块10、建模模块11和计算模块12,其中,
所述采集模块10用于获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态;所述建模模块11用于根据所述第一信道状态和所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值;所述计算模块12用于根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子。具体地:
采集模块10先从每个终端获取每个射频天线向所述终端传输数据时的第一信道状态向量
Figure GDA0003344218770000171
其中所述
Figure GDA0003344218770000172
表示终端k的第一信道状态向量,
Figure GDA0003344218770000173
表示射频天线n向终端k进行数据传输时的第一信道状态,其中n=1,2,……,N。然后所述采集模块10将采集到的所述第一信道状态发送给所述建模模块11。
所述建模模块11用
Figure GDA0003344218770000174
表示射频天线n向终端k进行数据传输时采用的第一波束赋形因子,则所有射频天线向终端k进行数据传输时采用的第一波束赋形因子向量为
Figure GDA0003344218770000175
由此得到所有终端从射频天线得到所需数据的第一总时延可以由两个部分组成,分别是每个终端从射频天线得到所需数据的时延和所述射频天线从基带处理单元获取所需要数据的时延,具体可以表示为:
Figure GDA0003344218770000176
其中所述
Figure GDA0003344218770000177
为终端k从所有射频天线得到所需数据的时延,具体为:
Figure GDA0003344218770000178
其中所述
Figure GDA0003344218770000179
为终端k从需要从射频天线得到的数据量,所述
Figure GDA00033442187700001710
为终端k从所有射频天线接收数据的第一传输速率,具体为:
Figure GDA00033442187700001711
其中所述
Figure GDA00033442187700001712
为向量的模运算,(·)T为转置运算,所述σ2为终端k接收到的噪声n0的方差,所述其中所述噪声符合高斯分布,即
Figure GDA00033442187700001713
所述
Figure GDA00033442187700001714
为终端k接收数据时的信干操比。
当所述终端仅从所述射频天线获取所需数据时,所述系统的总时延就为所述第一总时延,由此得下所述总时延的优化目标函数如下:
Figure GDA0003344218770000181
Figure GDA0003344218770000182
Figure GDA0003344218770000183
其中优化目标函数的约束条件为对任一射频天线n进行数据传输时的最大允许发送功率和对服务质量(Quality of Service,QoS)的限制,即射频天线n同时向所有的终端进行数据传输时的第一传输功率
Figure GDA0003344218770000184
小于预设的第一功率阈值
Figure GDA0003344218770000185
且任一终端k从所有射频天线接收数据的第一传输速率
Figure GDA0003344218770000186
大于预设的第一速率阈值
Figure GDA0003344218770000187
以保证不存在接收速率过低的终端。所述建模模块11将所述总时延的优化目标函数发送给计算模块12。
由于所述总时延的优化目标函数由多个分式组成,属于多变量分式规划问题。此时,所述计算模块12可以采用加权最小均方误差(Weighted Minimum Mean Square ErrorEstimation,WMMSE)估计算法进行凸优化。将一个多变量非凸问题转变成一个对每个变量都是凸问题的函数,然后再根据输入的初值,对多个变量进行循环迭代,最后获得循环迭代后保持稳定的变量值。
在本发明实施例中,加权最小均方误差估计算法的具体过程如下:
Figure GDA0003344218770000188
表示终端k的均方误差MSE权重,
Figure GDA0003344218770000189
表示相对应的MSE算子,所述
Figure GDA00033442187700001810
如下式表示:
Figure GDA00033442187700001811
其中所述E[·]为期望运算,所述
Figure GDA00033442187700001812
为与所述
Figure GDA00033442187700001813
相对应的终端k的第一接收波束赋形因子向量,所述Re{·}为取实部运算,所述
Figure GDA00033442187700001814
为终端k从射频天线获取到的数据量,包括终端k所需数据量、其它终端的干扰和噪声,具体为:
Figure GDA00033442187700001815
因此,
Figure GDA00033442187700001816
在给定第一波束赋形因子
Figure GDA00033442187700001817
和第一接收波束赋形因子
Figure GDA00033442187700001818
的前提下,MSE权重的最优解为:
Figure GDA0003344218770000191
在给定第一波束赋形因子向量
Figure GDA0003344218770000192
和MSE权重
Figure GDA0003344218770000193
的前提下,第一接收波束赋形因子的最优解为:
Figure GDA0003344218770000194
在给定第一波束赋形因子
Figure GDA0003344218770000195
和MSE权重
Figure GDA0003344218770000196
的前提下,所述总时延的优化目标函数可以转化为如下凸优化函数:
Figure GDA0003344218770000197
Figure GDA0003344218770000198
Figure GDA0003344218770000199
并可以解得所述第一波束赋形因子向量
Figure GDA00033442187700001910
通过对上述三个过程的循环迭代,所述第一波束赋形因子向量
Figure GDA00033442187700001911
中的每个第一波束赋形因子
Figure GDA00033442187700001912
会趋向于稳定,可以通过比较前后两次循环迭代后得到的
Figure GDA00033442187700001913
差值是否小于预设的稳定阈值来判定是否达到稳定。若判定小于预设的稳定阈值,则判定当前循环迭代后得到的
Figure GDA00033442187700001914
的优化第一波束赋形因子向量,其中
Figure GDA00033442187700001915
为每个射频天线的优化第一波束赋形因子,且此时的总时延达到最小值。
所述计算模块12在得到所有优化第一波束赋形因子
Figure GDA00033442187700001916
后,会将每个
Figure GDA00033442187700001917
发送给相对应的射频天线n,从而使射频天线n在对终端k发送数据时采用该优化第一波束赋形因子来调整发送模式。
本发明实施例提供的装置用于执行上述方法,其功能具体参考上述方法实施例,其具体方法流程在此处不再赘述。
本发明实施例通过构建总时延的优化目标函数,再采用加权最小均方误差估计算法,得到满足总时算最小时每个射频天线的优化第一波束赋形因子。
基于上述实施例,进一步地,所述基带处理单元具体包括:
所述采集模块,用于获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态、每个无线接入点向每个终端传输数据时的第二信道状态和每个无线接入点保存的数据量在系统总的数据量中的第二占有率;
所述建模模块,用于根据所述第一信道状态、第二信道状态、第二占有率、所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子和所述无线接入点向所述终端进行数据传输时所采用的第二波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一无线接入点进行数据传输时的第二传输功率小于预设的第二功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值,任一终端从所有无线接入点接收数据的第二传输速率大于预设的第二速率阈值;
所述计算模块,用于根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子和优化第二波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子和第二波束赋形因子分别为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子和每个无线接入点的第二波束赋形因子。
所述采集模块除了获取上述实施例所述的第一信道状态外,还需要获取每个无线接入点m向所述终端k发送数据时的第二信道状态
Figure GDA0003344218770000201
并组成第二信道状态向量
Figure GDA0003344218770000202
所述采集模块还需要获取所述终端k能够从每个无线接入点m获取的数据量与所述终端k需要的数据量Bk的比值
Figure GDA0003344218770000203
为了简便起见也可以用每个无线接入点m上存储的数据量与保存的数据量的比值的第二占有率来代替。此时,得到终端k从需要从射频天线得到的数据量
Figure GDA0003344218770000204
Figure GDA0003344218770000205
与上述实话例中的第一波束赋形因子相似,所述建模模块用
Figure GDA0003344218770000206
表示无线接入点向终端k进行数据传输时采用的第二波束赋形因子,则所有无线接入点向终端k进行数据传输时采用的第一波束赋形因子向量为
Figure GDA0003344218770000207
由此得到所有终端从无线接入点得到所需数据的第二总时延,具体可以表示为:
Figure GDA0003344218770000208
其中所述
Figure GDA0003344218770000209
为终端k从所有无线接入点得到所需数据的时延,具体为:
Figure GDA00033442187700002010
其中所述
Figure GDA00033442187700002011
为终端k从所述无线接入点m接收数据的速率。
再结合上述实施例得到的第一总时延,可以得到所述系统的总时延的优化目标函数如下:
Figure GDA0003344218770000211
Figure GDA0003344218770000212
Figure GDA0003344218770000213
Figure GDA0003344218770000214
Figure GDA0003344218770000215
Figure GDA0003344218770000216
Figure GDA0003344218770000217
其中优化目标函数的约束条件除了对上述实施例中任一射频天线n进行数据传输时的最大允许发送功率和对每个终端k的服务质量(Quality of Service,QoS)的限制外,还包括对任一无线接入点存储空间的限制。所述约束条件具体包括:任一无线接入点的存储空间不能大于预设的第一缓存阈值Cm,任一射频天线n同时向所有的终端进行数据传输时的第一传输功率
Figure GDA0003344218770000218
小于预设的第一功率阈值
Figure GDA0003344218770000219
任一无线接入点m进行数据传输时的第二传输功率小于预设的第二功率阈值
Figure GDA00033442187700002110
且任一终端k从所有射频天线接收数据的第一传输速率
Figure GDA00033442187700002111
大于预设的第一速率阈值
Figure GDA00033442187700002112
任一终端k从所有无线接入点接收数据的第二传输速率
Figure GDA00033442187700002113
大于预设的第二速率阈值
Figure GDA00033442187700002114
由于所述计算模块已知每个无线接入点的第二占有率,即所述
Figure GDA00033442187700002115
已知的情况下,所述计算模块可以得到所述第二占有率的平均值
Figure GDA00033442187700002116
此时所述总时延的优化目标函数可以简化为:
Figure GDA0003344218770000221
Figure GDA0003344218770000222
Figure GDA0003344218770000223
Figure GDA0003344218770000224
Figure GDA0003344218770000225
所述计算模块同样采用与上述实施例相同的加权最小均方误差估计算法分别对第一总时延和第二总时延进行凸优化,分别得到如下第一总时延的凸优化函数:
Figure GDA0003344218770000226
Figure GDA0003344218770000227
Figure GDA0003344218770000228
第二总时延的凸优化函数:
Figure GDA0003344218770000229
Figure GDA00033442187700002210
Figure GDA00033442187700002211
其中所述
Figure GDA00033442187700002212
Figure GDA00033442187700002213
分别表示与无线接入点相对应的终端k的均方误差MSE权重和MSE算子。
然后通过循环迭代,得到每个射频天线的优化第一波束赋形因子和每个无线接入点的优化第二波束赋形因子以满足所述总时延的优化目标函数的最小值。具体的循环迭代过程与上述实施例相似,此处不再赘述。
所述计算模块在得到所有优化第一波束赋形因子
Figure GDA00033442187700002214
和优化第二波束赋形因子
Figure GDA00033442187700002215
后,会将
Figure GDA00033442187700002216
发送给相对应的射频天线n,将
Figure GDA00033442187700002217
发送给无线接入点m,从而使射频天线n和无线接入m在对终端k发送数据时采用该优化第一波束赋形因子和优化第二波束赋形因子来调整发送模式。
本发明实施例提供的装置用于执行上述方法,其功能具体参考上述方法实施例,其具体方法流程在此处不再赘述。
本发明实施例通过构建由与射频天线相对应的第一总时延和与无线接入点相对应的第二总时延相加的总时延的优化目标函数,再采用加权最小均方误差估计算法,得到满足总时算最小时每个射频天线的优化第一波束赋形因子和每个无线接入点的优化第二波束赋形因子。
基于上述实施例,进一步地,所述基带处理单元具体包括:
所述采集模块,用于获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态、每个无线接入点向每个终端传输数据时的第二信道状态、每个无线接入点保存的数据量在系统总的数据量中的第二占有率、每个终端的配对终端,每个配对终端向所述终端进行数据传输时的第三信道状态和每个配对终端保存的数据量在系统总的数据量中的第三占有率,其中所述配对终端为可以向所述终端进行数据传输的终端;
所述建模模块,用于根据所述第一信道状态、第二信道状态、第三信道状态、第二占有率、第三占有率、所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子、所述无线接入点向所述终端进行数据传输时所采用的第二波束赋形因子和所述配对终端向所述终端进行数据传输时所采用的第三波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一无线接入点进行数据传输时的第二传输功率小于预设的第二功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值,任一终端从所有无线接入点接收数据的第二传输速率大于预设的第二速率阈值,任一终端向所有配对终端进行数据传输时的第三传输功率小于预设的第三功率阈值,任一终端从所有相对应的配对终端接收数据的第三传输速率大于预设的第三速率阈值;
所述计算模块,用于根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子、优化第二波束赋形因子和优化第三波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子、第二波束赋形因子和第三波束赋形因子分别为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子、每个无线接入点的第二波束赋形因子和每个配对终端的第三波束赋形因子。
所述采集模块除了获取上述实施例所述的第一信道状态、第二信道状态、第二占有率外,还需要获取所述配对终端s向所述终端k发送数据时所采用的第三信道状态
Figure GDA0003344218770000241
并组成第二信道状态向量
Figure GDA0003344218770000242
以及所述终端k能够从每个配对终端s获取的数据量与所述终端k需要从所述配对终端获取的数据量Bk′相对得到的第三占有率
Figure GDA0003344218770000243
与上述实施例中的第一波束赋形因子和第二波束赋形因子相似,所述建模模块用
Figure GDA0003344218770000244
表示配对终端s向终端k进行数据传输时采用的第三波束赋形因子,则所有配对终端向终端k进行数据传输时采用的第一波束赋形因子向量为
Figure GDA0003344218770000245
由此得到所有终端从相对应的配对终端得到所需数据的第三总时延如下式所示:
Figure GDA0003344218770000246
其中所述
Figure GDA0003344218770000247
为终端k从所有无线接入点得到所需数据的时延,具体为:
Figure GDA0003344218770000248
其中所述
Figure GDA0003344218770000249
为终端k从相对应的配对终端s接收数据的速率。
再结合上述实施例得到的第一总时延和第二总时延,可以得到所述系统的总时延的优化目标函数如下:
Figure GDA0003344218770000251
Figure GDA0003344218770000252
Figure GDA0003344218770000253
Figure GDA0003344218770000254
Figure GDA0003344218770000255
Figure GDA0003344218770000256
Figure GDA0003344218770000257
Figure GDA0003344218770000258
Figure GDA0003344218770000259
Figure GDA00033442187700002510
Figure GDA00033442187700002511
其中优化目标函数的约束条件除了对上述实施例中任一射频天线n进行数据传输时的最大允许发送功率、对每个终端k的服务质量(Quality of Service,QoS)和对任一无线接入点存储空间的限制。所述约束条件具体包括:任一无线接入点的存储空间不能大于预设的第一缓存阈值Cm,任一配对终端的存储空间不能大于预设的第二缓存阈值Cs,任一射频天线n同时向所有的终端进行数据传输时的第一传输功率
Figure GDA00033442187700002512
小于预设的第一功率阈值
Figure GDA00033442187700002513
任一无线接入点m进行数据传输时的第二传输功率小于预设的第二功率阈值
Figure GDA00033442187700002514
任一配对终端s同时向所有终端进行数据传输时的第三传输功率
Figure GDA00033442187700002515
小于预设的第三功率阈值
Figure GDA00033442187700002516
且任一终端k从所有射频天线接收数据的第一传输速率
Figure GDA00033442187700002517
大于预设的第一速率阈值
Figure GDA00033442187700002518
任一终端k从所有无线接入点接收数据的第二传输速率
Figure GDA00033442187700002519
大于预设的第二速率阈值
Figure GDA00033442187700002520
任一终端k从所有配对终端接收数据的第三传输速率
Figure GDA00033442187700002521
大于预设的第三速率阈值
Figure GDA00033442187700002522
由于所述计算模块已知每个无线接入点的第二占有率和每个配对终端的第三占有率,即所述
Figure GDA0003344218770000261
Figure GDA0003344218770000262
已知的情况下,可以得到所述第二占有率和第三占有率的平均值
Figure GDA0003344218770000263
Figure GDA0003344218770000264
此时所述总时延的优化目标函数可以简化为:
Figure GDA0003344218770000265
Figure GDA0003344218770000266
Figure GDA0003344218770000267
Figure GDA0003344218770000268
Figure GDA0003344218770000269
Figure GDA00033442187700002610
Figure GDA00033442187700002611
同样采用与上述实施例相同的加权最小均方误差估计算法分别对第一总时延、第二总时延和第三总时延进行凸优化,分别得到如上述实施例中的第一总时延和第二总时延,以及如下的第三总时延凸优化函数:
Figure GDA00033442187700002612
Figure GDA00033442187700002613
Figure GDA00033442187700002614
其中所述
Figure GDA00033442187700002615
Figure GDA00033442187700002616
分别表示与配对终端相对应的终端k的均方误差MSE权重和MSE算子。
然后通过循环迭代,得到每个射频天线的优化第一波束赋形因子、每个无线接入点的优化第二波束赋形因子和每个配对终端的第三以束赋形因子以满足所述总时延的优化目标函数的最小值。具体的循环迭代过程与上述实施例相似,此处不再赘述。
所述计算模块在得到所有优化第一波束赋形因子
Figure GDA00033442187700002617
优化第二波束赋形因子
Figure GDA00033442187700002618
后和优化第三波束赋形因子
Figure GDA00033442187700002619
会将
Figure GDA00033442187700002620
发送给相对应的射频天线n,将
Figure GDA00033442187700002621
发送给无线接入点m,将
Figure GDA00033442187700002622
发送给配对终端s,从而使射频天线n、无线接入m和配对终端s在对终端k发送数据时采用该优化第一波束赋形因子、优化第二波束赋形因子和优化第三波束赋形因子来调整发送模式。
本发明实施例提供的装置用于执行上述方法,其功能具体参考上述方法实施例,其具体方法流程在此处不再赘述。
本发明实施例通过构建由与射频天线相对应的第一总时延、与无线接入点相对应的第二总时延和与配对终端相对应的第三总时延相加的总时延的优化目标函数,再采用加权最小均方误差估计算法,得到满足总时算最小时每个射频天线的优化第一波束赋形因子、每个无线接入点的优化第二波束赋形因子和每个配对终端的第三波束赋形因子。
图4为本发明实施例的电子设备结构示意图。如图4所示,所述电子设备,包括:处理器(processor)601、存储器(memory)602和总线603;
其中,所述处理器601和所述存储器602通过所述总线603完成相互间的通信;
所述处理器601用于调用所述存储器602中的程序指令,以执行上述各方法实施例所提供的方法,例如包括:获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态;根据所述第一信道状态和所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值;根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子。
进一步地,本发明实施例公开一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序,所述计算机程序包括程序指令,当所述程序指令被计算机执行时,计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法,例如包括:获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态;根据所述第一信道状态和所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值;根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子。
进一步地,本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质,所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法,例如包括:获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态;根据所述第一信道状态和所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值;根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子。
本领域普通技术人员可以理解:实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成,前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,执行包括上述方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的电子设备等实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种无线通信系统的波束赋形方法,其特征在于,包括:
获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态;
根据所述第一信道状态和所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值;
根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子;
所述获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态,具体为:
获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态、每个无线接入点向每个终端传输数据时的第二信道状态和每个无线接入点保存的数据量在系统总的数据量中的第二占有率;相应地,所述根据所述第一信道状态和所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值;具体为:
根据所述第一信道状态、第二信道状态、第二占有率、所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子和所述无线接入点向所述终端进行数据传输时所采用的第二波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一无线接入点进行数据传输时的第二传输功率小于预设的第二功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值,任一终端从所有无线接入点接收数据的第二传输速率大于预设的第二速率阈值;相应地,所述根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子;具体为:
根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子和优化第二波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子和第二波束赋形因子分别为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子和每个无线接入点的第二波束赋形因子。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态、每个无线接入点向每个终端传输数据时的第二信道状态和每个无线接入点保存的数据量在系统总的数据量中的第二占有率,具体为:
获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态、每个无线接入点向每个终端传输数据时的第二信道状态、每个无线接入点保存的数据量在系统总的数据量中的第二占有率、每个终端的配对终端,每个配对终端向所述终端进行数据传输时的第三信道状态和每个配对终端保存的数据量在系统总的数据量中的第三占有率,其中所述配对终端为可以向所述终端进行数据传输的终端;相应地,所述根据所述第一信道状态、第二信道状态、第二占有率、所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子和所述无线接入点向所述终端进行数据传输时所采用的第二波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一无线接入点进行数据传输时的第二传输功率小于预设的第二功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值,任一终端从所有无线接入点接收数据的第二传输速率大于预设的第二速率阈值;具体为:
根据所述第一信道状态、第二信道状态、第三信道状态、第二占有率、第三占有率、所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子、所述无线接入点向所述终端进行数据传输时所采用的第二波束赋形因子和所述配对终端向所述终端进行数据传输时所采用的第三波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一无线接入点进行数据传输时的第二传输功率小于预设的第二功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值,任一终端从所有无线接入点接收数据的第二传输速率大于预设的第二速率阈值,任一终端向所有配对终端进行数据传输时的第三传输功率小于预设的第三功率阈值,任一终端从所有相对应的配对终端接收数据的第三传输速率大于预设的第三速率阈值;相应地,所述根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子和优化第二波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子和第二波束赋形因子分别为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子和每个无线接入点的第二波束赋形因子,具体为:
根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子、优化第二波束赋形因子和优化第三波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子、第二波束赋形因子和第三波束赋形因子分别为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子、每个无线接入点的第二波束赋形因子和每个配对终端的第三波束赋形因子。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述每个无线接入点保存的数据量在系统总的数据量中的第二占有率,具体为:
按照历史使用率的高低对存储的文件集中的文件进行排序;
根据每个无线接入点存储空间的大小,按照排序依次将所述文件集中的文件分配给每个无线接入点;
根据每个无线接入点保存的文件的数据量与所述文件集的数据量得到所述第二占有率。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述每个配对终端保存的数据量在系统总的数据量中的第三占有率,具体为:
根据每个终端存储空间的大小,按照排序依次将所述文件集中还没有分配给所述无线接入点的文件存入每个终端;
根据每个终端保存的文件的数据量与所述文件集的数据量相比得到所述第三占有率。
5.一种用于无线通信系统的波束赋形方法的基带处理单元,其特征在于,包括:
采集模块,用于获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态;
建模模块,用于根据所述第一信道状态和所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值;
计算模块,用于根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子;
所述基带处理单元具体包括:
所述采集模块,用于获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态、每个无线接入点向每个终端传输数据时的第二信道状态和每个无线接入点保存的数据量在系统总的数据量中的第二占有率;
所述建模模块,用于根据所述第一信道状态、第二信道状态、第二占有率、所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子和所述无线接入点向所述终端进行数据传输时所采用的第二波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一无线接入点进行数据传输时的第二传输功率小于预设的第二功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值,任一终端从所有无线接入点接收数据的第二传输速率大于预设的第二速率阈值;
所述计算模块,用于根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子和优化第二波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子和第二波束赋形因子分别为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子和每个无线接入点的第二波束赋形因子。
6.根据权利要求5所述的基带处理单元,其特征在于,所述基带处理单元具体包括:
所述采集模块,用于获取每个射频天线向每个终端传输数据时的第一信道状态、每个无线接入点向每个终端传输数据时的第二信道状态、每个无线接入点保存的数据量在系统总的数据量中的第二占有率、每个终端的配对终端,每个配对终端向所述终端进行数据传输时的第三信道状态和每个配对终端保存的数据量在系统总的数据量中的第三占有率,其中所述配对终端为可以向所述终端进行数据传输的终端;
所述建模模块,用于根据所述第一信道状态、第二信道状态、第三信道状态、第二占有率、第三占有率、所述射频天线向所述终端进行数据传输时所采用的第一波束赋形因子、所述无线接入点向所述终端进行数据传输时所采用的第二波束赋形因子和所述配对终端向所述终端进行数据传输时所采用的第三波束赋形因子得到在约束条件下所有终端得到所需数据的总时延的优化目标函数,其中所述约束条件为任一射频天线进行数据传输时的第一传输功率小于预设的第一功率阈值,任一无线接入点进行数据传输时的第二传输功率小于预设的第二功率阈值,任一终端从所有射频天线接收数据的第一传输速率大于预设的第一速率阈值,任一终端从所有无线接入点接收数据的第二传输速率大于预设的第二速率阈值,任一终端向所有配对终端进行数据传输时的第三传输功率小于预设的第三功率阈值,任一终端从所有相对应的配对终端接收数据的第三传输速率大于预设的第三速率阈值;
所述计算模块,用于根据所述总时延的优化目标函数,采用加权最小均方误差估计算法,得到所有的优化第一波束赋形因子、优化第二波束赋形因子和优化第三波束赋形因子,所述优化第一波束赋形因子、第二波束赋形因子和第三波束赋形因子分别为满足总时延最小时每个射频天线的第一波束赋形因子、每个无线接入点的第二波束赋形因子和每个配对终端的第三波束赋形因子。
7.一种电子设备,其特征在于,包括存储器和处理器,所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信;所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令,所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至4任一所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一所述的方法。
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