[发明专利]超密集网络发射功率最小化的波束成形优化方法与装置

说明书

本发明公开了一种超密集网络发射功率最小化的波束成形优化方法与装置，本发明考虑一个存在一个宏基站以及多个小基站的超密集网络，用户根据所在位置接入相应基站，通过构建以用户QoS需求以及小基站回程速率受限为约束，最小化系统的总发射功率为目标的优化问题，联合优化宏基站以及所有小基站的发射波束成形。优化过程是首先引入中间变量，迭代求解关于中间变量的优化问题，每次迭代过程中需要求解一个SDP问题，然后基于最优的中间变量，采用高斯随机化得到一系列满足原问题约束的发射波束成形作为备选解，选择其中发射功率最小的一组解作为最优发射波束成形。相较于传统迫零传输方案，本发明能够显著降低系统总发射功率。

技术领域

本发明涉及超密集网络，尤其是一种超密集网络发射功率最小化的波束成形优化方法与装置。

背景技术

随着通信系统持续发展，网络信息传输速率需求不断提高，传统的宏基站蜂窝系统难以应对通信业务爆炸性增长带来的挑战，为了满足热点场景下高密度、高速率需求的性能指标要求，基站间距将进一步缩小，宏基站加上大量的各种类型的小基站组成了宏微异构的超密集网络(UDN)。

但是，随着小基站的大规模部署，能量消耗以及回程速率要求都是亟待解决的问题。一方面，随着基站数目的增加，基站的能量消耗和成本也将急剧上升；另一方面，由于小基站是不规则且密集地布置的，所以其中一些小基站不能通过传统的有线网络接入访问，需要和宏基站之间存在一条无线的回程链路保证信息的传输。因此，关于能耗的降低以及回程链路的存在就变得至关重要。

在MIMO收发系统中，多天线可以带来空间分集和复用，提升数据传输的可靠性和信道增益，但用户间干扰的产生会对接收端信干噪比(SINR)带来一定的影响，影响服务质量。预编码技术可以在基带对要发送的数据进行预先处理，产生具有特定空域分布特性的信号，使得基站发送的数据可以更有效的发送给小区中的用户，减小用户间干扰。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种超密集网络发射功率最小化的波束成形优化方法与装置。该方法能针对超密集网络的用户QoS需求，兼顾小基站回程链路速率要求，联合对宏基站以及小基站发射波束向量进行优化，以实现最小的发射功率。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种超密集网络发射功率最小化的波束成形优化方法，该方法通过构建超密集网络用户QoS以及小基站回程速率受限为约束，最小化系统发射功率的优化问题，联合优化宏基站和多个小基站的波束成形，具体包括以下步骤：

(1)引入中间变量得到关于中间变量的优化问题；其中为宏基站对第i个接入宏基站的用户使用的波束成形向量，为第n个小基站对接入该基站的第j个用户使用的波束成形向量，为宏基站对第n个小基站使用的波束成形矩阵，(·)^H表示矩阵共轭转置；

(2)迭代求解步骤(1)中的问题，得到中间变量最优解

(3)采用高斯随机化方法得到一组满足原问题约束的可行解，作为备选；

(4)重复步骤(3)，直至达到预设的随机化次数，从所有备选解中选取功率最小的解作为最优解。

作为优选，步骤(1)构建如下关于中间变量的优化问题：

优化目标为：最小化

约束条件为：