一种实现波束成型的方法及基站的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多小区多入单出（MISO，Multi_InputSingle-Output)无线通信技术， 尤指一种基于时分复用（TDD)系统的实现波束成型的方法及基站。
【背景技术】
[0002] 以长期演进（LTE)为代表的第三代移动通信技术（3G)的演进型系统，实现了移 动通信在3G之后的一次阶段性变革。为了进一步满足国际电信联盟的高级国际通信技术 (ITUMT-Advanced)的要求，同时也作为LTE技术的演进，3GPP通过了LTE的增强技术 (LTE-A，LTE-Advanced)作为第四代移动通信技术（4G)标准的一个提案。多小区MM0是 LTE-A关键技术之一。同时，为了满足系统高速率及高频谱利用率的要求，LTE-A下行采用 正交频分多址（0FDMA)的接入方式，这样在两个小区的结合边缘处，信道频率可能相同，因 而在小区边缘处的用户对邻小区将会产生很强的干扰。这样导致的结果就是：为了保证用 户的通信量，需要大幅提升整个小区发送功率；而如果保证较低的发送功率，小区的吞吐量 又会大幅下降。因此小区间的干扰抑制是LTE-A系统研究的关键课题之一。
[0003] 当前多小区干扰抑制的一个研究热点就是调整天线的分配波束成型，它的设计目 的在于通过调整天线的分配，即确定每个用户在每个子载波上传输时应该怎样配置发射天 线，以及基站应该怎样配置接收天线，来使发送波束在最大限度上与接收天线相正交。波束 成型技术的目的就是通过多个基站合作来降低小区间的干扰。
[0004] 对于多天线系统而言，传统方案把所有信息汇总到一个中央处理器（CPU)来计算 整个系统的最优化问题，但是，由于X2接口的带宽和中央处理器的计算能力受限，这种方 案比较难实现。所以需要采用信息交互开销和计算开销比较少的分布式方案，每个基站通 过交互得到其它小区信息，再根据本地的信息，计算本小区的最优化问题，以迭代的方式得 到系统的解。所以分布式框架具有较高可行性。但是，分布式框架下算法迭代的收敛性与 收敛速度也是需要考虑的问题，往往需要迭代过程的算法在时间上有明显的缺陷，因此，分 布式方案在实际情况下不具备应用价值。
[0005] 此外，传统的波束成型算法大多假设系统进行理想的信道状态信息（CSI，Channel StateInformation)估计，即估计到的CSI与实际CSI相比不存在任何误差。而在实际的 时分复用（TDD)系统中是存在估计误差和延时误差的，这样，造成了传统的波束成型算法在 实际系统中会有严重的性能下降。
[0006] 为了提高传统的波束成型算法在实习系统中的性能，现有技术中考虑CSI误 差对系统的影响，B.Dai，W.Xu，andC.Zhao的研究成果"带有延迟的码本CSI反馈的多 小区通信系统中的最优丽SE下行波束成型算法"（"Optimal丽SEbeamformingfor multiuserdownlinkwithdelayedCSIfeedbackusingcodebooks，'inProc.IEEEGlobe com,Houston,USA,Dec. 2011)中，考虑了延时误差和估计误差同时存在的信道，对非理想信 道进行了建模。基于非理想信道模型，文献设计了单小区下的鲁棒性波束成型问题，并且得 到了鲁棒性问题的最优解。通过仿真，文献证明了提出的算法与传统波束成型算法相比，能 够有效的克服延时误差和估计误差这两种误差带来的性能损失。但是文章考虑的模型仅局 限于单小区范围内，不具有实用价值。
[0007] 为了提高传统的波束成型算法在实习系统中的性能，以及为了有更好的实 用价值，该领域的研究者Bogale,T.E.，Vandendorpe,L?和Chalise,B.K?的研究成 果"RobustTransceiverOptimizationforDownlinkCoordinatedBaseStation Systems:DistributedAlgorithm(下行合作的基站系统中的鲁棒性发送波束：分布式算 法）"inIEEETrans.onSig.Process.Vol.60，No.l，January2012,考虑了多小区系统中信 道估计误差和延时误差对系统的影响，并以平均均方误差（AMSE)为优化目标进行计算。计 算中采用了发送和接收波束交替优化的迭代形式的计算方式，最终得到最优解。但是，因为 算法需要大量迭代步骤，工程实现性不高。
[0008] 另外，工业界3GPP标准规定了TDD系统的上下行链路采用同一个频段不同的时隙 进行通信。所以基站可以根据用户上行发送的训练序列，也叫做Sounding信号来估计信 道。所以，可以以TDD系统的特有机制作为出发点，设计分布式的合作机制。
[0009] 基于以上系统需求和已有的学术成果与标准的分析，需要设计一种既能够有效抑 制TDD系统信道误差，又不需要复杂迭代步骤的计算，同时还能够适应TDD系统的通信特点 的波束成型算法。
【发明内容】
[0010] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种实现波束成型的方法及基站，能够有 效的抑制TDD系统信道误差，消除复杂迭代计算步骤，从而有效的抑制小区间的干扰。
[0011] 为了达到上述发明目的，本发明公开了一种实现波束成型的方法，包括：
[0012] 根据综合信道误差模型和下行链路模型建立下行波束优化模型；
[0013] 根据建立的下行波束优化模型，获取最优波束成型矩阵优化目标；
[0014] 分别获取基站所在服务小区和基站所在协作簇内除服务小区之外的各小区的信 道矩阵及各信道矩阵分别对应的非理想参数；
[0015] 根据获得的各信道矩阵及其各自对应的非理想参数，和所述最优波束成型矩阵优 化目标，获取所述基站的波束成型矩阵，所述基站根据获得的波束成型矩阵发送下行数据。
[0016] 进一步地，所述建立下行波束优化模型之前，该方法还包括：所述基站利用时分复 用TDD系统的信道互易性建立所述综合信道误差模型。
[0017] 进一步地，所述在所述基站利用时分复用TDD系统的信道互易性建立所述综合信 道误差模型，具体包括：
[0018] 根据所述基站的信道状态信息CSI的实际值和估计值，获得估计误差模型；
[0019] 根据所述基站的信道状态信息CSI在估计时刻的估计值和传输时刻的实际值，获 得延时误差模型；
[0020] 将所述延时误差模型代入所述估计误差模型，得到所述综合信道误差模型。
[0021] 进一步地，所述建立下行波束优化模型包括：
[0022] 将所述综合信道误差模型聚合成矩阵形式，得到矩阵形式的综合信道误差模型；
[0023]根据得到的矩阵形式的综合信道误差模型和所述下行链路模型，获取服务小区的 表示通信质量的指标；
[0024] 对所有服务小区的表示通信质量的指标做求和运算，以最小化表示通信质量的指 标之和为目标，以及以各个基站的发射功率小于预定功率作为限制条件，得到下行波束优 化模型。
[0025] 进一步地，所述获取服务小区的表示通信质量的指标，包括：
[0026] 根据得到的矩阵形式的综合信道误差模型和下行链路模型，通过限制各个服务小 区的接收系数相同，得到服务小区的表示通信质量的指标。
[0027] 进一步地，所述分别获取基站所在服务小区和基站所在协作簇内除所述服务小区 之外的各小区的信道矩阵及各信道矩阵分别对应的非理想参数，包括：
[0028] 接收所述服务小区内的所有终端设备UE发送的第一训练序列信号，根据接收到 的第一训练序列信号获取所述服务小区的信道矩阵及其对应的非理想参数；
[0029] 接收所述协作簇内除所述服务小区之外的小区内的所有终端设备UE发送的第二 训练序列信号，根据接收到的第二训练序列信号获取所述协作簇内除所述服务小区之外的 小区的信道矩阵及其对应的非理想参数。
[0030] 进一步地，根据接收到的第一训练序列信号获取所述服务小区的信道矩阵及其对 应的非理想参数，包括：
[0031] 根据接收到的第一训练序列信号，使用已有的信道估计算法获得所述服务小区的 信道矩阵；
[0032] 根据获取的所述服务小区的信道矩阵，所述基站测量所述服务小区的信道矩阵对 应的非理想参数，得到所述服务小区的信道矩阵对应的非理想参数。
[0033] 进一步地，根据接收到的第二训练序列信号获取所述协作簇内除所述服务小区之 外的小区的信道矩阵及其对应的非理想参数，包括 ：
[0034] 根据接收到的第二训练序列信