[发明专利]一种适用于时间异步环境下的分布式波束赋形方法

说明书

本发明提出了一种适用于时间异步环境下的分布式波束赋形方法。主要解决用户接收信号时间异步所带来的同频干扰和码间串扰对系统性能的影响问题。本方法采用分段线性函数近似、凸优化理论、用户接纳控制和权重因子迭代机制实现近似最优的分布式发送波束赋形。本发明适用于分布式天线系统中，能够在接收信号时间异步条件下实现可靠的联合多用户发送波束赋形设计，同时有效的保证用户的QoS需求，降低系统的回程链路负荷。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种在接收信号时间异步环境下，分布式联合多用户发送波束赋形方法，可用于分布式天线系统中的发送波束赋形设计。

背景技术

分布式天线系统是指将各个天线单元按照某种规则或者随机的部署在蜂窝网络小区内的不同地理位置，并通过专用媒质(如光纤、电缆或者微波等)连接到一个中央处理单元，各分布式天线单元本身仅具有信号的收发功能，所有的信号处理功能由中央处理单元完成。在分布式天线系统中，多个天线单元同时为小区内的用户提供服务。由于距离各个天线单元的远近不同，导致用户接收到来自多个天线的信号出现时间异步现象。接收信号的时间异步会增大多用户之间的同频干扰，同时也会导致用户自身产生很强的码间串扰，严重影响着用户体验和系统性能。此外，由于用户数据需要通过回程链路在天线单元与中央处理单元之间进行传输，需要尽量保证发送波束赋形向量具有组稀疏性，以降低系统的回程链路开销。因此，在具有时间异步特性的分布式天线系统中，为了保障用户的QoS需求和降低系统的回程链路负荷，合理的联合设计多用户发送波束赋形向量就显得极为重要。

目前，已有一些文献研究了发送波束赋形向量的设计方法，如M.Y.Hong在IEEEJ.Sel.Areas Commun.，2013，31(2)：226-240《Joint base station clustering andbeamformer design for partial coordinated transmission in heterogeneousnetworks》一文中研究了异构网络协作传输时的联合基站分簇和波束赋形问题，采用了具有波束赋形向量结构罚值的效用函数来保证设计的用户波束赋形向量具有组稀疏性。但是该方法追求最大化系统中所有用户的和速率，并没有考虑到每个用户的QoS需求。J.Zhao在IEEE Trans.Wirel.Commun.，2013，12(6)：2762-2775《Coordinated multipointtransmission with limited backhaul data transfer》一文中研究了多点协作传输时的联合发送波束赋形问题，采用了加权1-范数近似方法求解最小化的协作天线数目。但是该方法假设系统可以满足所有用户的QoS需求。

此外，现有分布式波束赋形方法都没有考虑到用户与各天线单元之间的距离差异会引起接收信号出现时间异步现象，导致方法的实用性较差。本发明针对分布式天线系统中的接收信号时间异步问题，提出了发送波束赋形设计方法，能够在有效保证用户QoS需求的同时降低系统的回程链路负荷。

发明内容

本发明的目的在于提出一种适用于时间异步环境下的分布式波束赋形方法，通过联合发送波束赋形向量设计，实现保证用户的QoS需求和降低系统的回程链路负荷。

实现本发明的技术关键在于首先利用分段线性近似方法计算用户接收SINR的下界；然后利用凸优化理论对优化问题进行松弛、求解，并逐步移除系统中的不可行用户；最后利用权重因子迭代的方法构造具有组稀疏性的发送波束赋形向量。一种适用于时间异步环境下的分布式波束赋形方法，具体实现步骤包括如下：

(1)在当前分布式天线系统中构建每个用户的时间异步接收信号，对所有时间异步接收信号均采用分段线性方法得到每个用户的近似时间异步接收信号后，根据得到的近似时间异步接收信号计算每个用户近似时间异步接收信号的SINR下界；构造当前分布式天线系统回程链路负荷最小化的目标函数，并对目标函数进行凸松弛得到凸目标函数；