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分布式多小区多用户波束成形方法、发射机及相关系统

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本发明实施例公开了一种分布式多小区多用户波束成形方法、发射机及相关系统，其中，本发明实施例中的分布式波束成形方法由多个发射机进行波束成形协调计算，利用各个发射机彼此间的干扰矩阵对本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量进行迭代运算，使得发射机的各个子信道上的各个用户的干扰维度压缩在了尽可能小的子空间内，从而可以获得尽可能多的维度来传输有用数据。本发明提供的技术方案能够有效提高小区信道容量和整个系统的吞吐量。

著录项

公开/公告号CN103634036A

专利类型发明专利
公开/公告日2014-03-12

原文格式PDF
申请/专利权人华为技术有限公司;
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申请/专利号CN201210307858.3
发明设计人王晓东;沈晖;李斌;
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申请日2012-08-27
分类号H04B7/06;H04W16/28;
代理机构深圳市深佳知识产权代理事务所(普通合伙);
代理人唐华明
地址 518129 广东省深圳市龙岗区坂田华为总部办公楼
入库时间 2024-02-19 23:32:30

法律信息

法律状态公告日

法律状态信息

法律状态
2017-10-27

授权

授权
2014-07-30

实质审查的生效 IPC(主分类):H04B7/06 申请日:20120827

实质审查的生效
2014-03-12

公开

公开

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种分布式多小区多用户波束成形方法、发射机及相关系统。

背景技术

在无线通信系统中，如何解决信号在传输过程中的相互干扰一直是业界探讨的重点，其中，高斯干扰信道的特征主要表现在，不同用户的信号存在相互干扰，用户间数据不能共享，且无法进行联合的发送，但每个用户均知道完整的信道信息。

为了避免用户间信号的相互干扰，现有技术中通常采用时分多址复用（TDMA，Time Division Multiple Access）方式来发送数据，即发射机在不同的时隙向用户发送数据。其系统示意图可如图1所示，由图1可见，发射机 tx1和发射机tx2采用TDMA方式，在不同的时隙分别将用户1和用户2的数据发送到相应用户的接收机rx1和接收机rx2，由于是分时发送，避免了不同用户信号间的相互干扰。目前发射机也有采用频分多址复用（FDMA， Frequency Division Multiple Access）方式来发送数据，与TDMA类似，FDMA 是使发射机在时隙相同但频率不同的信道上向用户发送数据，FDMA方法同样可避免不同用户信号间的相互干扰。

但是，由上述可知，虽然采用FDMA或TDMA方式来发送数据可避免不同用户信号间的相互干扰，但是要求系统在一个时隙或一个频率中只能发送一个用户数据，这必然导致系统的整体信道容量较低，也使系统的吞吐量受到了限制。

发明内容

本发明实施例提供了一种分布式波束成形方法、发射机及相关系统，用于降低用户间信号的相互干扰，提高系统信道容量。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明第一方面提供了一种分布式多小区多用户波束成形方法，包括：

发射机向与所述发射机进行协调波束成形的其它发射机发送本小区的信道系数矩阵信息，其中所述本小区的信道系数矩阵信息包括：本小区在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵；

获取所述其它发射机的信道系数矩阵信息，其中，所述其它发射机的信道系数矩阵信息包括：所述其它发射机在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵；

根据本小区在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵以及所述其它发射机的信道系数矩阵信息，计算本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量以及对所述其它发射机的干扰矩阵；

将所述本小区对其它发射机的干扰矩阵发送给所述其它发射机，以便所述与所述发射机进行协调波束成形的下一个发射机更新所述下一个发射机的波束成形向量，以及所述下一个发射机的小区外的干扰矩阵；

获取所述其它发射机更新后的所述其它发射机对本小区的干扰矩阵；

当轮询到所述发射机进行计算时，所述发射机根据最近获取到的所述其它发射机对本小区的干扰矩阵，更新本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量；

判断当前是否满足预置的停止运算条件，若是，则按照最后更新得到的本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量，对所述各个用户的数据进行发送处理；若否，则根据所述更新的本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量，计算本小区对所述其它发射机的干扰矩阵，并重复执行上述将本小区对所述其它发射机的干扰矩阵发送给所述其它发射机，上述获取所述其它发射机更新后的所述其它发射机对本小区的干扰矩阵，上述更新本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量，以及上述判断当前是否满足预置的停止运算条件的流程。

结合本发明的第一方面，在第一种实现方式中，所述根据本小区在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵以及所述其它发射机的信道系数矩阵信息，计算出本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量以及所述其它发射机对本小区的干扰矩阵，具体为：

根据第一公式和第二公式计算本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量：

所述第一公式为： $w_{m, k}^{(n)} = {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)} \sqrt{(1 + I_{m, k}^{(n)}) φ_{m, k}^{(n)} r_{m, k}^{(n)}},$

所述第二公式为： $I_{m, k}^{(n)} = \underset{k^{'} \in B_{m}^{(n)} \ k}{Σ} {| {\vec{h}}_{m, k}^{(n)} w_{m, k^{'}}^{(n)} |}^{2} + \underset{j \in M \ m}{Σ} \underset{u \in B_{j}^{(n)}}{Σ} {| {\vec{h}}_{j, k}^{(n)} w_{j, u}^{(n)} |}^{2},$

其中，在所述第一公式中， $φ_{m, k}^{(n)} {= [{[U_{m, k}^{(n)} (\frac{1 + I_{m, k}^{(n)}}{{\vec{h}}_{m, k}^{(n)} {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)}})]}^{'}]}^{- 1},$

$r_{m, k}^{(n)} = \frac{1}{{({\vec{h}}_{m, k}^{(n)} {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)})}^{2}},$

${\vec{T}}_{m, k}^{(n)} = L_{m, k}^{(n)} + λ_{m} E_{m, k}^{(n)},$

其中， $L_{m, k}^{(n)} = \underset{k^{'} \in B_{m}^{(n)} \ k}{Σ} π_{m, k^{'}}^{(n)} h_{m, k^{'}}^{(n)} {\vec{h}}_{m, k^{'}}^{(n)} + \underset{j \in M \ m}{Σ} \underset{u \in B_{j}^{(n)}}{Σ} π_{j, u}^{(n)} h_{m, u}^{(n)} {\vec{h}}_{m, u}^{(n)},$

$π_{m, k}^{(n)} = {(U_{m, k}^{(n)})}^{'} \frac{{| {\vec{h}}_{m, k}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} |}^{2}}{{(1 + I_{m, k}^{(n)})}^{2}},$

$T_{m, k}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} = [U_{m, k}^{(n)} {(\frac{{| {\vec{h}}_{m, k}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} |}^{2}}{1 + I_{m, k}^{(n)}})]}^{'} \frac{h_{m, k}^{(n)} {\vec{h}}_{m, k}^{(n)} w_{m, k}^{(n)}}{1 + I_{m, k}^{(n)}},$

根据第三公式计算本小区对所述其它发射机的干扰矩阵，

其中，所述第三公式为：

$I_{m, u}^{(n) out, j} = \underset{k \in B_{m}^{(n)}}{Σ} {| {\vec{h}}_{m, u}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} |}^{2},$ 其中， $u \in B_{j}^{(n)};$

在上述公式中，m表示所述发射机，M表示进行协调波束成形的发射机集，M\m表示除去所述发射机后的发射机集，表示所述发射机在子信道n 上调度的用户集合，表示中除去用户k后的用户集合，表示所述发射机在子信道n上待发送给用户k的数据所对应的波束成形向量，表示的共轭，表示所述发射机在子信道n上与用户k之间的信道系数矩阵，表示的共轭，λ_m表示所述发射机的拉格朗日对偶变量，表示所述发射机在子信道n发送给用户k的数据对应的利用函数；

所述根据最近获取到的所述其它发射机对本小区的干扰矩阵，更新本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量，具体为：

根据最近获取到的所述其它发射机对本小区的干扰矩阵，利用所述第一公式和所述第二公式更新本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量。

结合本发明第一方面的第一种实现方式，在第二种实现方式中，

所述取如下三种形式中的任意一种：

$U_{m, k}^{(n)} (O_{m, k}^{(n)}) = w_{m, k}^{(n)} \log (O_{m, k}^{(n)}),$ 或者，

$U_{m, k}^{(n)} (O_{m, k}^{(n)}) = \log (1 + O_{m, k}^{(n)}),$ 或者，

$U_{m, k}^{(n)} (O_{m, k}^{(n)}) = (\begin{matrix} \log (O_{m, k}^{(n)}) & a = 1 \\ {(1 - a)}^{- 1} {(O_{m, k}^{(n)})}^{1 - a} & a \neq 1 \end{matrix});$

其中，在上述三式中， $O_{m, k}^{(n)} = \frac{{| {\vec{h}}_{m, k}^{(n)} w_{j, u}^{(n)} |}^{2}}{1 + I_{m, k}^{(n)}} .$

结合本发明第一方面的第一种实现方式或第一方面的第二种实现方式，在第三种实现方式中，所述计算本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量以及本小区对所述其它发射机的干扰矩阵包括：

令其中，在首次计算本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量以及本小区对所述其它发射机的干扰矩阵时，为预置的最大拉格朗日对偶变量值，为预置的最小拉格朗日对偶变量值；

所述判断当前是否满足预置的停止运算条件包括：

判断当前与的差值是否小于预置阈值，

若是，则判定当前满足预置的停止运算条件；

若否，则判断当前是否满足若则判定当前不满足预置的停止条件，且令等于λ_m；若则判定当前不满足预置的停止条件，且令等于λ_m；

其中，P_m表示所述发射机的最大发射功率，上式中

结合本发明第一方面或者第一方面的第一种实现方式或者第一方面的第二种实现方式，在第四种实现方式中，所述判断当前是否满足预置的停止运算条件具体为：判断当前累计判断次数是否超过预置的门限值，若超过，则判定当前满足预置的停止运算条件，若不超过，则判定当前不满足预置的停止运算条件。

本发明的第二方面提供了一种发射机，包括：

发送单元，用于向与所述发射机进行协调波束成形的其它发射机发送本小区的信道系数矩阵信息，其中所述本小区的信道系数矩阵信息包括：本小区在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵；

获取单元，用于获取所述其它发射机的信道系数矩阵信息，其中，所述其它发射机的信道系数矩阵信息包括：所述其它发射机在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵；

计算单元，用于根据本小区在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵以及所述其它发射机的信道系数矩阵信息，计算本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量以及本小区对所述其它发射机的干扰矩阵；

所述发送单元还用于将所述本小区对其它发射机的干扰矩阵发送给所述其它发射机，以便所述与所述发射机进行协调波束成形的下一个发射机更新所述下一个发射机的波束成形向量，以及所述下一个发射机的小区外的干扰矩阵；

所述获取单元还用于获取所述其它发射机更新后的所述其它发射机对本小区的干扰矩阵；

更新单元，用于当轮询到所述发射机进行计算时，根据最近获取到的所述其它发射机对本小区的干扰矩阵，更新本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量；

判断单元，用于判断当前是否满足预置的停止运算条件；

发送处理单元，用于当所述判断单元判断出当前满足预置的停止运算条件时，按照所述更新单元最后更新得到的本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量，对所述各个用户的数据进行发送处理；

所述计算单元，还用于当所述判断单元判断出当前不满足预置的停止运算条件时，根据所述更新单元更新的本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量，计算本小区对所述其它发射机的干扰矩阵，并触发所述发送单元将所述计算单元计算的本小区对其它发射机的干扰矩阵发送给所述其它发射机。

结合本发明的第二方面，在第一种实现方式中，

所述计算单元具体用于：

根据第一公式和第二公式计算本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量：

所述第一公式为： $w_{m, k}^{(n)} = {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)} \sqrt{(1 + I_{m, k}^{(n)}) φ_{m, k}^{(n)} r_{m, k}^{(n)}},$

其中，在所述第一公式中， $φ_{m, k}^{(n)} {= [{[U_{m, k}^{(n)} (\frac{1 + I_{m, k}^{(n)}}{{\vec{h}}_{m, k}^{(n)} {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)}})]}^{'}]}^{- 1},$

$r_{m, k}^{(n)} = \frac{1}{{({\vec{h}}_{m, k}^{(n)} {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)})}^{2}},$

${\vec{T}}_{m, k}^{(n)} = L_{m, k}^{(n)} + λ_{m} E_{m, k}^{(n)},$

$π_{m, k}^{(n)} = {(U_{m, k}^{(n)})}^{'} \frac{{| {\vec{h}}_{m, k}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} |}^{2}}{{(1 + I_{m, k}^{(n)})}^{2}},$

根据第三公式计算本小区对所述其它发射机的干扰矩阵，

其中，所述第三公式为：

$I_{m, u}^{(n) out, j} = \underset{k \in B_{m}^{(n)}}{Σ} {| {\vec{h}}_{m, u}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} |}^{2},$ 其中， $u \in B_{j}^{(n)}$

所述更新单元，具体用于：根据所述获取单元最近获取到的所述其它发射机对本小区的干扰矩阵，利用所述第一公式和所述第二公式更新本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量。

结合本发明的第二方面的第一种实现方式，在第二种实现方式中，

所述计算单元具体用于：令其中，在所述计算单元首次计算本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量以及本小区对所述其它发射机的干扰矩阵时，为预置的最大拉格朗日对偶变量值，为预置的最小拉格朗日对偶变量值；

所述判断单元具体用于：判断当前与的差值是否小于预置阈值，若是，则判定当前满足预置的停止运算条件，若否，则判定当前不满足预置的停止运算条件；

所述判断单元还包括：

判断子单元，用于当判断出当前与的差值不小于预置阈值时，

结合本发明第二方面或者本发明第二方面的第一种实现方式，在第三种实现方式中，所述判断单元具体用于：判断当前累计判断次数是否超过预置的门限值，若超过，则判定当前满足预置的停止运算条件，若不超过，则判定当前不满足预置的停止运算条件。

本发明的第三方面提供了一种分布式波束成形系统，包括：

至少两个以上进行协调计算的发射机，其中，

所述发射机用于：向与所述发射机进行协调波束成形的其它发射机发送本小区的信道系数矩阵信息，其中所述本小区的信道系数矩阵信息包括：本小区在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵；

根据本小区在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵以及所述其它发射机的信道系数矩阵信息，计算本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量以及本小区对所述其它发射机的干扰矩阵；

获取所述其它发射机更新后的所述其它发射机对本小区的干扰矩阵；

结合本发明第三方面，在第一种实现方式中，

所述根据本小区在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵以及所述其它发射机的信道系数矩阵信息，计算出本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量以及所述其它发射机对本小区的干扰矩阵，具体为：

根据第一公式和第二公式计算本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量：

所述第一公式为： $w_{m, k}^{(n)} = {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)} \sqrt{(1 + I_{m, k}^{(n)}) φ_{m, k}^{(n)} r_{m, k}^{(n)}},$

其中，在所述第一公式中， $φ_{m, k}^{(n)} {= [{[U_{m, k}^{(n)} (\frac{1 + I_{m, k}^{(n)}}{{\vec{h}}_{m, k}^{(n)} {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)}})]}^{'}]}^{- 1},$

$r_{m, k}^{(n)} = \frac{1}{{({\vec{h}}_{m, k}^{(n)} {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)})}^{2}},$

${\vec{T}}_{m, k}^{(n)} = L_{m, k}^{(n)} + λ_{m} E_{m, k}^{(n)},$

$π_{m, k}^{(n)} = {(U_{m, k}^{(n)})}^{'} \frac{{| {\vec{h}}_{m, k}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} |}^{2}}{{(1 + I_{m, k}^{(n)})}^{2}},$

根据第三公式计算本小区对所述其它发射机的干扰矩阵，

其中，所述第三公式为：

$I_{m, u}^{(n) out, j} = \underset{k \in B_{m}^{(n)}}{Σ} {| {\vec{h}}_{m, u}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} |}^{2},$ 其中， $u \in B_{j}^{(n)};$

所述根据最近获取到的所述其它发射机对本小区的干扰矩阵，更新本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量，具体为：

由上可见，本发明实施例中由多个发射机进行协调波束成形，利用各个发射机彼此间的干扰矩阵对本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量进行迭代运算，使得发射机的各个子信道上的各个用户的干扰维度压缩在了尽可能小的子空间内，从而可以获得尽可能多的维度来传输有用数据，提高了小区信道容量，也提高了整个系统的吞吐量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的分布式波束成形方法一个实施例流程示意图；

图2为本发明实施例提供的发射机一个实施例结构示意图；

图3为本发明实施例提供的发射机另一个实施例结构示意图；

图4为本发明实施例提供的分布式波束成形系统一个实施例结构示意图；

图5为本发明实施例提供的分布式波束成形系统与现有其它系统在多种仿真配置下的网络性能仿真测试结果示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种分布式波束成形方法、发射机及相关系统。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

对于一个多发射机多用户的分布式系统，其系统模型方程如下：

$y_{m, k}^{(n)} = {\vec{h}}_{m, k}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} b_{m, k}^{(n)} + \underset{k^{'} \in B_{m}^{(n)} \ k}{Σ} {\vec{h}}_{m, k}^{(n)} w_{m, k^{'}}^{(n)} b_{m, k}^{(n)} + \underset{j \in M \ m}{Σ} \underset{u \in B_{j}^{n}}{Σ} {\vec{h}}_{j, k}^{(n)} w_{j, u}^{(n)} b_{j, u}^{(n)} + z_{m, k}^{(n)}$

其中，式中表示所述发射机在子信道n上与用户k之间的信道系数矩阵，为的共轭，M表示发射机集，表示发射机m在子信道n上调度的用户集合，表示发射机m在子信道n上待发送给用户k的数据所对应的波束成形向量，为的共轭，表示发射机m在子信道n上待发送给用户k的数据，M\m表示除去发射机m后的发射机集，表示中除去用户k后的用户集合，表示高斯白噪声。

假设每个发射机的天线数相同，每个用户都为单天线，

则，发射机m在子信道n用户k的信号与干扰加噪声比（SINR，Signal to Interference plus Noise Ratio）为：

$O_{m, k}^{(n)} = \frac{{| {\vec{h}}_{m, k}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} |}^{2}}{1 + I_{m, k}^{(n)}},$

其中， $I_{m, k}^{(n)} = \underset{k^{'} \in B_{m}^{(n)} \ k}{Σ} {| {\vec{h}}_{m, k}^{(n)} w_{m, k^{'}}^{(n)} |}^{2} + \underset{j \in M \ m}{Σ} \underset{u \in B_{j}^{(n)}}{Σ} {| {\vec{h}}_{j, k}^{(n)} w_{j, u}^{(n)} |}^{2},$ 由此可见，对于每个用户而言，干扰包括小区内的干扰（即）和小区外的干扰（即 $\underset{j \in M \ m}{Σ} \underset{u \in B_{j}^{(n)}}{Σ} {| {\vec{h}}_{j, k}^{(n)} w_{j, u}^{(n)} |}^{2}$ ）两个部分。

本发明考虑如下优化问题：

$Max \underset{m \in M}{Σ} \underset{n \in N}{Σ} \underset{k \in B_{m}^{(n)}}{Σ} U_{m, k}^{(n)} (O_{m, k}^{(n)})$

$s . t . \underset{n \in N}{Σ} \underset{k \in B_{m}^{(n)}}{Σ} {\vec{w}}_{m, k}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} \leq P_{m}$

上式中，P_m为基站m的最大发射功率，表示发射机m在子信道n发送给用户k的数据对应的利用函数，其具体形式可以根据系统实际需求定义。

为解决上述优化问题，本发明设计了一种分布式多小区多用户波束成形方法，利用多个发射机进行联合分布式实现协调波束成形。

下面，对本发明实施例中的一种分布式多小区多用户波束成形方法进行描述，需要说明的是，在下面实施例中所出现的公式中，不同公式中出现的相同符号所表示的意义相同。请参阅图1，本发明实施例中的分布式多小区多用户波束成形方法，包括：

101、发射机向与该发射机进行协调波束成形的其它发射机发送本小区的信道系数矩阵信息；

本发明实施中，进行协调波束成形的各个发射机彼此间传递各自的信道系数矩阵信息。

其中，发射机的信道系数矩阵信息中包括发射机本小区在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵，以便各个发射机可以根据其它发射机的信道系数矩阵信息进行协调波束成形。

102、获取上述其它发射机的信道系数矩阵信息；

其中，上述其它发射机的信道系数矩阵信息包括：所述其它发射机在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵。

103、根据本小区在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵以及上述其它发射机的信道系数矩阵信息，计算本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量以及本小区对上述其它发射机的干扰矩阵；

假设本发明实施例中的发射机为m，则对于发射机的任意子信道n和任意用户k，发射机可以根据第一公式和第二公式计算本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量：

其中，第一公式为： $w_{m, k}^{(n)} = {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)} \sqrt{(1 + I_{m, k}^{(n)}) φ_{m, k}^{(n)} r_{m, k}^{(n)}},$

第二公式为： $I_{m, k}^{(n)} = \underset{k^{'} \in B_{m}^{(n)} \ k}{Σ} {| {\vec{h}}_{m, k}^{(n)} w_{m, k^{'}}^{(n)} |}^{2} + \underset{j \in M \ m}{Σ} \underset{u \in B_{j}^{(n)}}{Σ} {| {\vec{h}}_{j, k}^{(n)} w_{j, u}^{(n)} |}^{2},$

其中，在上述第一公式中：

$φ_{m, k}^{(n)} {= [{[U_{m, k}^{(n)} (\frac{1 + I_{m, k}^{(n)}}{{\vec{h}}_{m, k}^{(n)} {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)}})]}^{'}]}^{- 1},$

$r_{m, k}^{(n)} = \frac{1}{{({\vec{h}}_{m, k}^{(n)} {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)})}^{2}},$

${\vec{T}}_{m, k}^{(n)} = L_{m, k}^{(n)} + λ_{m} E_{m, k}^{(n)},$

$π_{m, k}^{(n)} = {(U_{m, k}^{(n)})}^{'} \frac{{| {\vec{h}}_{m, k}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} |}^{2}}{{(1 + I_{m, k}^{(n)})}^{2}},$

根据第三公式计算本小区对所述其它发射机的干扰矩阵，

其中，上述第三公式为：

$I_{m, u}^{(n) out, j} = \underset{k \in B_{m}^{(n)}}{Σ} {| {\vec{h}}_{m, u}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} |}^{2},$ 其中， $u \in B_{j}^{(n)},$

在上述公式中，M表示进行协调波束成形的发射机集，M\m表示除去发射机m后的发射机集，表示发射机m在子信道n上调度的用户集合，表示中除去用户k后的用户集合，表示发射机m在子信道n上待发送给用户k的数据所对应的波束成形向量，表示的共轭，表示发射机m在子信道n上与用户k之间的信道系数矩阵，表示的共轭， λ_m表示所述发射机的拉格朗日对偶变量，表示发射机m在子信道n发送给用户k的数据对应的利用函数，对于不同的优化目标有不同的形式，例如，可以有如下形式：

$U_{m, k}^{(n)} (O_{m, k}^{(n)}) = w_{m, k}^{(n)} \log (O_{m, k}^{(n)}),$ 或者，

$U_{m, k}^{(n)} (O_{m, k}^{(n)}) = \log (1 + O_{m, k}^{(n)}),$ 或者，

$U_{m, k}^{(n)} (O_{m, k}^{(n)}) = (\begin{matrix} \log (O_{m, k}^{(n)}) & a = 1 \\ {(1 - a)}^{- 1} {(O_{m, k}^{(n)})}^{1 - a} & a \neq 1 \end{matrix}) .$

104、将上述本小区对其它发射机的干扰矩阵发送给上述其它发射机；

在计算出本小区对其它发射机的干扰矩阵之后，发射机将本小区对其它发射机的干扰矩阵发送给与该发射机进行协调波束成形的其它发射机，以便上述与该发射机进行协调计算的下一个发射机更新该下一个发射机的波束成形向量，以及该下一个发射机的小区外的干扰矩阵。其中，下一个发射机更新其波束成形向量及其小区外的干扰矩阵的实现方式可以参照步骤103中的方法实现。

105、获取上述其它发射机更新后的上述其它发射机对本小区的干扰矩阵。

106、当轮询到上述发射机进行计算时，发射机根据最近获取到的上述其它发射机对本小区的干扰矩阵，更新本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量；

具体地，本发明实施例中可以根据最近获取到的上述其它发射机对本小区的干扰矩阵，利用上述第一公式和上述第二公式更新本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量。

107、判断当前是否满足预置的停止运算条件；

发射机在更新本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量之后，判断当前是否满足预置的停止运算条件，若是，则执行步骤108，若否，则执行步骤109。

在一种应用场景下，上述判断当前是否满足预置的停止运算条件可以是：判断当前累计判断次数是否超过预置的门限值，若超过，则判定当前满足预置的停止运算条件，若不超过，则判定当前不满足预置的停止运算条件。

在另一种应用场景下，发射机在首次执行步骤103时，可以初始化和其中，取较大值，使作为最大拉格朗日对偶变量值，取较小值，使作为最小拉格朗日对偶变量值，令那么，上述判断当前是否满足预置的停止运算条件可以是：判断当前与的差值是否小于预置阈值，若是，则判定当前满足预置的停止运算条件；若否，据所对应的波束成形向量，对上述各个用户的数据进行发送处理。

109、根据更新的本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量，计算本小区对上述其它发射机的干扰矩阵；

若判断出当前不满足预置的停止运算条件，则根据最近更新的本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量，计算本小区对上述其它发射机的干扰矩阵，并返回步骤104。具体地，发射机计算本小区对上述其它发射机的干扰矩阵可以参照步骤103中的方法实现。

本发明实施例为了保证算法收敛，对于进行协调波束成形的各个发射机，需要保证每次仅允许一个发射机更新其波束成形向量（即本发明实施例中的步骤106）。在实际应用中，可以通过如下方式来保证每次仅允许一个发射机更新其波束成形向量：对进行协调波束成形的各个发射机进行编号，将各个发射机的编号对齐到一个计算周期内的不同时间点，不同时间点的间隔根据发射机实际的处理能力设定，如有发射机1~4，则可将一个计算周期内设置时间点1~4，将发射机1~4分别与时间点1~4对齐，当计算周期到达时间点1 时，即表明当前轮到发射机1更新其波束成形向量，当计算周期到达时间点2 时，即表明当前轮到发射机2更新其波束成形向量，依次类推；或者，本发明实施中，由于一个发射机更新其波束成形向量之后，若不满足停止条件，则会根据更新后的波束成形向量计算本小区对其它发射机的干扰矩阵并发送给其它发射机，因此，发射机在获知进行协调波束成形的发射机集中的发射机数的条件下，可以根据接收到的来自其它发射机的干扰矩阵的次数来确定当前是否轮到本地更新其波束成形向量，如有发射机1~4，以发射机1为例，假设由发射机1先更新其波束成形向量，并由发射机2、发射机3和发射机4 依次更新其波束成形向量，则发射机1可以在获取到来自发射机4的发射机4 对发射机1的干扰矩阵（即第三次获得来自其它发射机的其它发射机对本小区的干扰矩阵）之后，确定当前轮到发射机更新其波束成形向量，当然，也可以通过其它方式来保证每次仅允许一个发射机更新其波束成形向量，此处不作限定。

需要说明的是，本发明实施例为了便于描述，以一个发射机为执行主体为例进行说明，对于系统中的其它发射机而言，其它发射机所执行的方法流程可以参照上述实施例中的描述。在本发明实施例中，用户指的是用户设备（UE，User Equipment），各个发射机可以是基站或者中继站或者也可以是基站与中继站的组合，此处不作限定。

下面对本发明实施例中的一种发射机进行描述，请参阅图2，本发明实施例中的发射机200包括：

发送单元201，用于向与发射机200进行协调波束成形的其它发射机发送本小区的信道系数矩阵信息，其中，上述本小区的信道系数矩阵信息包括：本小区在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵。

获取单元202，用于获取上述其它发射机的信道系数矩阵信息，其中，上述其它发射机的信道系数矩阵信息包括：上述其它发射机在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵。

计算单元203，用于根据本小区在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵以及上述其它发射机的信道系数矩阵信息，计算本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量以及本小区对上述其它发射机的干扰矩阵；

具体地，计算单元203根据第一公式和第二公式计算本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量：

其中，第一公式为： $w_{m, k}^{(n)} = {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)} \sqrt{(1 + I_{m, k}^{(n)}) φ_{m, k}^{(n)} r_{m, k}^{(n)}},$

其中，在上述第一公式中， $φ_{m, k}^{(n)} {= [{[U_{m, k}^{(n)} (\frac{1 + I_{m, k}^{(n)}}{{\vec{h}}_{m, k}^{(n)} {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)}})]}^{'}]}^{- 1},$

$r_{m, k}^{(n)} = \frac{1}{{({\vec{h}}_{m, k}^{(n)} {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)})}^{2}},$

${\vec{T}}_{m, k}^{(n)} = L_{m, k}^{(n)} + λ_{m} E_{m, k}^{(n)},$

$π_{m, k}^{(n)} = {(U_{m, k}^{(n)})}^{'} \frac{{| {\vec{h}}_{m, k}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} |}^{2}}{{(1 + I_{m, k}^{(n)})}^{2}};$

根据第三公式计算本小区对所述其它发射机的干扰矩阵，

其中，上述第三公式为：

$I_{m, u}^{(n) out, j} = \underset{k \in B_{m}^{(n)}}{Σ} {| {\vec{h}}_{m, u}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} |}^{2},$ 其中， $u \in B_{j}^{(n)} .$

在上述公式中，m表示发射机200，M表示进行协调波束成形的发射机集，M\m表示除去发射机200后的发射机集，表示发射机200在子信道n 上调度的用户集合，表示中除去用户k后的用户集合，表示发射机200在子信道n上待发送给用户k的数据所对应的波束成形向量，表示的共轭，表示发射机200在子信道n上与用户k之间的信道系数矩阵，表示的共轭，λ_m表示发射机200的拉格朗日对偶变量，表示发射机200在子信道n发送给用户k的数据对应的利用函数。

其中，发送单元201还用于将上述本小区对其它发射机的干扰矩阵发送给上述其它发射机，以便与发射机200进行协调计算的下一个发射机更新上述下一个发射机的波束成形向量，以及上述下一个发射机的小区外的干扰矩阵。

其中，获取单元202还用于获取上述其它发射机更新后的上述其它发射机对本小区的干扰矩阵。

发射机200还包括：更新单元204，用于当轮询到发射机200进行计算时，根据最近获取到的上述其它发射机对本小区的干扰矩阵，更新本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量。

判断单元205，用于判断当前是否满足预置的停止运算条件；

在一种应用场景下，判断单元205具体用于：判断当前累计判断次数是否超过预置的门限值，若超过，则判定当前满足预置的停止运算条件，若不超过，则判定当前不满足预置的停止运算条件。

在另一种应用场景下，计算单元203具体用于：令其中，在计算单元203首次计算本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量以及本小区对上述其它发射机的干扰矩阵时，为预置的最大拉格朗日对偶变量值，为预置的最小拉格朗日对偶变量值；判断单元203具体用于：判断当前与的差值是否小于预置阈值，若是，则判定当前满足预置的停止运算条件，若否，则判定当前不满足预置的停止运算条件；判断单元203还包括：判断子单元，用于当判断出当

其中，P_m表示所述发射机的最大发射功率，上式中

发送处理单元206，用于当判断单元205判断出当前满足预置的停止运算条件时，按照更新单元204最后更新得到的本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量，对上述各个用户的数据进行发送处理。

其中，计算单元203还用于当判断单元205判断出当前不满足预置的停止运算条件时，根据更新单元204更新的本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量，计算本小区对上述其它发射机的干扰矩阵，并触发发送单元201将计算单元203计算的本小区对其它发射机的干扰矩阵发送给上述其它发射机。

需要说明的是，在本发明实施例中，用户指的是UE，发射机200以及其它发射机可以是基站或者中继站或者也可以是基站与中继站的组合，此处不作限定。

需要说明的是，本发明实施例中的发射机200可以如上述装置实施例中的发射机，可以用于实现上述装置实施例中的全部技术方案，其具体实现过程可参照上述实施例中的相关描述，此处不再赘述。

本发明实施例还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质存储有程序，该程序执行包括上述方法实施例中记载的干扰对齐方法的部分或全部布置。

如图3所示，本发明实施例中的发射机300，包括：

输入装置301、输出装置302、存储器303以及处理器304（发射机中的处理器304的数量可以是一个或者多个，图3以一个处理器为例）。在本发明的一些实施例中，输入装置301、输出装置302、存储器303以及处理器304可以通过总线或其它方式连接，如图3所示以通过总线连接为例。

其中，处理器304执行如下步骤：

向与发射机200进行协调波束成形的其它发射机发送本小区的信道系数矩阵信息，其中，上述本小区的信道系数矩阵信息包括：本小区在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵；

获取上述其它发射机的信道系数矩阵信息，其中，上述其它发射机的信道系数矩阵信息包括：上述其它发射机在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵；

根据本小区在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵以及上述其它发射机的信道系数矩阵信息，计算本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量以及本小区对上述其它发射机的干扰矩阵；

具体地，可以根据第一公式和第二公式计算本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量：

其中，第一公式为： $w_{m, k}^{(n)} = {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)} \sqrt{(1 + I_{m, k}^{(n)}) φ_{m, k}^{(n)} r_{m, k}^{(n)}},$

其中，在上述第一公式中， $φ_{m, k}^{(n)} {= [{[U_{m, k}^{(n)} (\frac{1 + I_{m, k}^{(n)}}{{\vec{h}}_{m, k}^{(n)} {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)}})]}^{'}]}^{- 1},$

$r_{m, k}^{(n)} = \frac{1}{{({\vec{h}}_{m, k}^{(n)} {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)})}^{2}},$

${\vec{T}}_{m, k}^{(n)} = L_{m, k}^{(n)} + λ_{m} E_{m, k}^{(n)},$

$π_{m, k}^{(n)} = {(U_{m, k}^{(n)})}^{'} \frac{{| {\vec{h}}_{m, k}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} |}^{2}}{{(1 + I_{m, k}^{(n)})}^{2}};$

根据第三公式计算本小区对所述其它发射机的干扰矩阵，

其中，上述第三公式为：

$I_{m, u}^{(n) out, j} = \underset{k \in B_{m}^{(n)}}{Σ} {| {\vec{h}}_{m, u}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} |}^{2},$ 其中， $u \in B_{j}^{(n)} .$

在上述公式中，m表示发射机300，M表示进行协调波束成形的发射机集，M\m表示除去发射机300后的发射机集，表示发射机300在子信道n 上调度的用户集合，表示中除去用户k后的用户集合，表示发射机300在子信道n上待发送给用户k的数据所对应的波束成形向量，表示的共轭，表示发射机300在子信道n上与用户k之间的信道系数矩阵，表示的共轭，λ_m表示发射机300的拉格朗日对偶变量，表示发射机300在子信道n发送给用户k的数据对应的利用函数；

将上述本小区对其它发射机的干扰矩阵发送给上述其它发射机，以便与发射机200进行协调计算的下一个发射机更新上述下一个发射机的波束成形向量，以及上述下一个发射机的小区外的干扰矩阵；

获取上述其它发射机更新后的上述其它发射机对本小区的干扰矩阵；

当轮询到发射机300进行计算时，根据最近获取到的上述其它发射机对本小区的干扰矩阵，更新本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量；

判断当前是否满足预置的停止运算条件；

当判断出当前满足预置的停止运算条件时，按照最后更新得到的本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量，对上述各个用户的数据进行发送处理；

当判断出当前不满足预置的停止运算条件时，根据更新的本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量，计算本小区对上述其它发射机的干扰矩阵，并重复执行上述将本小区对所述其它发射机的干扰矩阵发送给所述其它发射机，上述获取所述其它发射机更新后的所述其它发射机对本小区的干扰矩阵，上述更新本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量，以及上述判断当前是否满足预置的停止运算条件的流程。

需要说明的是，在本发明实施例中，用户指的是UE，发射机300以及其它发射机可以是基站或者中继站或者也可以是基站与中继站的组合，此处不作限定。

需要说明的是，本发明实施例中的发射机300可以如上述装置实施例中的发射机，可以用于实现上述装置实施例中的全部技术方案，其具体实现过程可参照上述实施例中的相关描述，此处不再赘述。

本发明实施例还提供了一种分布式多小区多用户波束成形系统，如图4所述，本发明实施例中的分布式波束成形系统400包括：

进行协调计算的发射机401~40N，其中，N的取值大于或者等于2，其中，对于任一发射机40n，n∈{1,2,3...，N}，

发射机40n用于：向与发射机40n进行协调波束成形的其它发射机发送本小区的信道系数矩阵信息，其中，上述本小区的信道系数矩阵信息包括：本小区在各个子信道上的各个用户的信道系数矩阵；

具体地，可以根据第一公式和第二公式计算本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量：

其中，第一公式为： $w_{m, k}^{(n)} = {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)} \sqrt{(1 + I_{m, k}^{(n)}) φ_{m, k}^{(n)} r_{m, k}^{(n)}},$

其中，在上述第一公式中， $φ_{m, k}^{(n)} {= [{[U_{m, k}^{(n)} (\frac{1 + I_{m, k}^{(n)}}{{\vec{h}}_{m, k}^{(n)} {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)}})]}^{'}]}^{- 1},$

$r_{m, k}^{(n)} = \frac{1}{{({\vec{h}}_{m, k}^{(n)} {\vec{T}}_{m, k}^{(n)} h_{m, k}^{(n)})}^{2}},$

${\vec{T}}_{m, k}^{(n)} = L_{m, k}^{(n)} + λ_{m} E_{m, k}^{(n)},$

$π_{m, k}^{(n)} = {(U_{m, k}^{(n)})}^{'} \frac{{| {\vec{h}}_{m, k}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} |}^{2}}{{(1 + I_{m, k}^{(n)})}^{2}};$

根据第三公式计算本小区对所述其它发射机的干扰矩阵，

其中，上述第三公式为：

$I_{m, u}^{(n) out, j} = \underset{k \in B_{m}^{(n)}}{Σ} {| {\vec{h}}_{m, u}^{(n)} w_{m, k}^{(n)} |}^{2},$ 其中， $u \in B_{j}^{(n)} .$

在上述公式中，m表示发射机40n，M表示进行协调波束成形的发射机集，M\m表示除去发射机40n后的发射机集，表示发射机40n在子信道n 上调度的用户集合，表示中除去用户k后的用户集合，表示发射机40n在子信道n上待发送给用户k的数据所对应的波束成形向量，表示的共轭，表示发射机40n在子信道n上与用户k之间的信道系数矩阵，表示的共轭，λ_m表示发射机40n的拉格朗日对偶变量，表示发射机40n在子信道n发送给用户k的数据对应的利用函数；

将上述本小区对其它发射机的干扰矩阵发送给上述其它发射机，以便与发射机40n进行协调计算的下一个发射机更新上述下一个发射机的波束成形向量，以及上述下一个发射机的小区外的干扰矩阵；

获取上述其它发射机更新后的上述其它发射机对本小区的干扰矩阵；

当轮询到发射机40n进行计算时，根据最近获取到的上述其它发射机对本小区的干扰矩阵，更新本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量；

判断当前是否满足预置的停止运算条件；

需要说明的是，在本发明实施例中，用户指的是UE，发射机401~40N可以是基站或者中继站或者也可以是基站与中继站的组合，此处不作限定。

需要说明的是，本发明实施例中的发射机40n可以如上述装置实施例中的发射机，可以用于实现上述装置实施例中的全部技术方案，其具体实现过程可参照上述实施例中的相关描述，此处不再赘述。

由上可见，本发明实施例的分布式波束成形系统由多个发射机进行协调波束成形，利用各个发射机彼此间的干扰矩阵对本小区在各个子信道上待发送给各个用户的数据所对应的波束成形向量进行迭代运算，使得发射机的各个子信道上的各个用户的干扰维度压缩在了尽可能小的子空间内，从而可以获得尽可能多的维度来传输有用数据，提高了小区信道容量，也提高了整个系统的吞吐量。

如图5所示为本发明的分布式多小区多用户波束成形系统（即图5中的 NCBGP）与现有的最大信干噪比干扰对齐系统（MSIA，Max-SINR Interfernce alignment）、小区内迫零系统（ICZF，In-Cell Zero-Forcing）、信道匹配波束成形系统（CM，Channel-Matched beamforming）等系统在相同配置下的网络性能仿真测试结果，在本仿真中，考虑多小区多用户的系统，M是发射机（基站）数， N是子信道数，T是每个小区(即发射机)的总的天线数，Q是每个发射机调度的用户数，D是小区半径。由图5可见，在多个仿真配置下，本发明的分布式波束成形系统相对于现有的其它系统能获得较大的性能提升。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例中的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质例如可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种分布式多小区多用户波束成形方法、发射机及相关系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施例方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

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