[发明专利]基于多播波束成形的无线回传及基站分簇联合优化方法

摘要

本发明提出了一种基于多播波束成形技术的无线回传及基站分簇联合优化方法，解决了传统的有线回传技术的成本和扩展性的难题。与现有的技术相比，本发明根据接入网中多个微基站组成虚拟小区对同一个用户提供服务的特点，提出了基于多播波束成形技术的无线回传网络架构，该策略可以根据接入网的用户需求，动态的调整无线回传链路中用于数据传输的资源，即时隙长度和波束成形权重向量，该方案能够充分的利用两阶段的系统资源，不仅可以扩展网络的灵活性，同时网络的吞吐量也可以得到提升。

主权项

一种基于多播波束成形的无线回传及基站分簇联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：初始阶段1.1、每个微基站收集接入网的信道状态信息，然后将所述信道状态信息以及自身速率的比例因子通过控制信道统一上报给中央调度器；1.2、所述中央调度器收集无线回传链路的所述信道状态信息；1.3、所述中央调度器根据收集到的所述信道状态信息，设置微基站对于每个用户初始的天线发射权重信息每个用户回传传输的时间长度和ρ⁽⁰⁾，其中：ρ是调整函数光滑的参数；步骤2：给定每个用户对应的回传传输时间资源的情况下，也就是t_k给定，中央调度器将微基站以及自身的波束成形的设计问题建模成如公式(1)所示的加权速率和最大化的优化问题：$\begin{array}{cc}\underset{\left\{W_{lk},U_k\right\}}{\max }& {\left(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_k{r}_k\right)}_{SOC}\end{array}---\left(1\right)$$\begin{array}{cc}s.t.& \underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}tr\left(W_k{T}_l\right)\≤P_l,\∀l,\end{array}---\left(1a\right)$$tr\left(U_k\right)\≤P_{bh},\∀k,---\left(1b\right)$$\begin{array}{ccc}{W}_k\≥0& and& U_k\≥0,\∀k,\end{array}---\left(1c\right)$${\hat{r}}_k\≤t_k^{\left(n\right)}{R}_k^{bh},\∀k---\left(1d\right)$$R_k^{bh}\≤\log (1+\frac{tr\left(U_k{G}_l^H{G}_l\right)}{z_l^2})+{\mathrm{\τ}}^{-1}{\tilde{f}}_{lk}\left(W_k\right|{\tilde{W}}_k),\∀k,l,---\left(1e\right)$其中：表示一个指数函数的一阶泰勒展开式，τ是一个很大的常数，ρ是迭代的参数。目标函数(1)表示加权速率和的二阶锥的凸形式，P_l是第l个微基站的功率约束，P_bh表示中央调度器的发射功率限制，(1d)表示用户接入网速率应该小于回传速率，(1e)表明回传数据速率受限于最差的用户；求解优化问题(1)得到本次迭代的微基站的发射权重以及中央调度器相应的多播波束成形参数步骤3：根据步骤(2)得到的W_k和U_k，求解如下的线性优化问题得到每个用户的回传传输时间t_k：$\begin{array}{cc}\underset{\left\{t_k\right\}}{max}& {\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K{t}_k{R}_k^{bh}\end{array}$$\begin{array}{cc}s.t.& {\tilde{r}}_k\≤t_k{R}_k^{bh},\∀k,\end{array}$$0\<t_k\<1,\∀k,$${\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K{t}_k=1,$其中：可以根据(1e)进行设置；步骤4：令按照如下的公式更新相应的迭代参数：$\mathrm{\ρ}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\ρ},& \left|\right|{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K{\mathrm{\Σ}}_{l=1}^L{\mathrm{\β}}_{lk}\left(W_k-{\tilde{W}}_k\right)\left|\right|\≥\mathrm{\λ}\mathrm{\ρ},\\ \∈\mathrm{\ρ},& otherwise,\end{array}\right.---\left(2\right)$步骤5：重复迭代步骤2、3和4，直到收敛为止；步骤6：中央调度器将对应微基站的发射权重信息通过控制信道分发给每个微基站，然后中央处理器和微基站按照对应的天线权重向量传输数据。