异构云无线接入网络中的波束成形算法

异构云无线接入网络中的波束成形算法左加阔; 杨龙祥; 鲍楠【期刊名称】《《通信学报》》【年(卷),期】2019(040)008【总页数】9页(P45-53)【关键词】异构云无线接入网络; 波束成形; 交替优化; 多天线技术【作者】左加阔; 杨龙祥; 鲍楠【作者单位】南京邮电大学物联网学院江苏南京 210023; 南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京 210023【正文语种】中文【中图分类】TN921 引言随着移动社交网络、车载无线通信等[1-2]技术的高速发展，现有无线通信网络在提高系统容量、降低延迟、保证用户服务质量等方面面临着重大挑战[3-4]。

异构云无线接入网络（H-CRAN,heterogeneous cloud radio access network）作为一种新型网络，具有成本低、资源利用率高、网络部署灵活等特点，被认为是未来无线通信网络（包括物联网、高速铁路通信网络等）的关键技术之一[5-7]。

在H-CRAN中，基带处理单元（BBU,base band processing unit）池用于实现大规模协作信号处理，主要的基带信号处理和上层空中接口协议功能都在BBU 池中实现。

无线远端射频单元（RRH,remote radio head）作为前端射频单元具有天线模块。

宏基站（MBS,macro base station）与BBU 池相连，用于全网的控制信息分发，实现蜂窝网络的无缝覆盖[8]。

然而，H-CRAN中RRH 与MBS 工作在underlay 模式下，两者之间存在严重的层间干扰，这种干扰降低了网络的整体性能。

为了克服该问题，可采用多天线技术来提高空间资源复用和抑制层间干扰。

文献[9-10]研究了RRH 与MBS 间的干扰抑制和资源分配问题，分别采用干扰协调（IC,interference collaboration）方法和波束成形（BF,beamforming）方法来抑制蜂窝内部的干扰，并推导出了溢出概率、系统容量和平均误码率；另外，还分别提出了采用IC 和BF 干扰抑制时的RRH 功率分配算法。

LTE-Advanced异构网中载波选择与波束成形联合算法方锐;孙长印;卢光跃;郑龙龙
【期刊名称】《电信科学》
【年(卷),期】2015(31)1
【摘要】为解决LTE-Advanced异构网内宏小区及微小区间的相互干扰问题,提出了载波选择与波束成形联合算法.在高密度、多低功率微基站节点的异构网中,通过关闭部分基站的部分载波,并在开启载波的基站天线上进行波束成形,使接收端受到的干扰大幅度降低.另外,基于效用函数的约束,对载波、波束分别计算,使原本二维联合优化问题变成两个一维优化问题,降低了算法复杂度.仿真结果表明该方案增加了异构网中边缘用户及整个系统的吞吐量.
【总页数】5页(P89-93)
【作者】方锐;孙长印;卢光跃;郑龙龙
【作者单位】西安邮电大学无线网络安全技术国家工程实验室西安710121;西安邮电大学无线网络安全技术国家工程实验室西安710121;西安邮电大学无线网络安全技术国家工程实验室西安710121;西安邮电大学无线网络安全技术国家工程实验室西安710121
【正文语种】中文
【相关文献】
1.异构网中载波聚合系统的成员载波选择和干扰协同 [J], 孙长印;姜静;卢光跃
2.异构网中联合载波选择和波束形成的小区选择算法研究 [J], 郑龙龙;孙长印;刘毓
3.异构网载波聚合系统基于干扰对齐的联合算法研究 [J], 郑龙龙;孙长印;刘毓;方
锐
4.异构小蜂窝网中D2D模式选择的联合决策方法 [J], 田智;刘伊莎
5.异构网中基于改进蝙蝠算法的动态CRE偏置选择 [J], GU Jing;HOU Yongping;ZHANG Xin
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波束形成算法原理波束形成（Beamforming）是一种通过合理设计信号传输过程中的波束来达到增强接收信号或抑制干扰的技术。

在无线通信系统中，波束形成可以提高系统的容量、覆盖面积和抗干扰能力。

本文将介绍波束形成算法的原理和相关参考内容。

波束形成算法的原理如下：1. 传输信号：首先，发送端根据波束形成算法生成一组复振幅和相位的权值。

这些权值可以根据不同的算法计算，如最大比合并（Maximum Ratio Combining，MRC）、分集最小均方差（Minimum Mean Square Error，MMSE）和零交叉零自相关函数（Zero-Crossing Zero-Autocorrelation，ZZC）。

然后，通过适当的信号加工方法，将这些权值应用到各个天线上的信号上，形成波束。

2. 传输过程：在传输过程中，波束会呈现出不同的形状，如定向波束、扇形波束和全向波束。

这些形状的选择取决于特定的场景和需求。

波束的形成可以通过调整天线的振子阵列或调整天线的振子单元来实现。

3. 接收信号：接收端的天线会检测到波束形成后的信号，并利用相应的算法对这些信号进行处理。

常见的算法包括最大比合并（Maximum Ratio Combining，MRC）、分集最小均方误差（Minimum Mean Square Error，MMSE）和零交叉零自相关函数（Zero-Crossing Zero-Autocorrelation，ZZC）。

这些算法主要用于合并波束形成的信号，并提高接收端的信号质量和抗干扰能力。

波束形成算法的设计和实现涉及到多个方面的知识，包括信号处理、天线设计、无线通信系统的基本原理等。

以下是一些相关参考内容：1. 《无线通信中的波束形成技术》（作者：李维佳，出版时间：2019年）：这本书详细介绍了波束形成技术在无线通信系统中的应用。

书中提供了波束形成算法的设计方法和实现技巧，并以实际案例展示了波束形成技术的实际效果。

基于IRS辅助的异构网络中超可靠低时延通信波束成形算法设计罗佳俊;代海波;王保云;李春国【期刊名称】《电子与信息学报》【年(卷),期】2022(44)7【摘要】为了增强微小区内超可靠低时延通信(URLLC)业务在异构网络场景下的传输性能,该文提出一种基于智能超表面(IRS)辅助通信网络下最大化用户和速率的波束成形算法。

异构网络中微小区采用短包通信技术,在保证宏小区用户通信质量的前提下,使用IRS提高微小区用户在一定解码错误概率下的短数据包传输性能,建立一个联合优化波束向量和IRS相移向量的微小区用户和速率最大化问题模型。

通过交替固定优化变量的方式,将该非凸优化问题拆分为两个子问题,利用逐次凸逼近(SCA)的方法将原问题转换成凸优化问题,并利用交替优化算法对该问题进行求解。

仿真结果表明,该算法通过部署IRS可以有效减弱异构场景下对于微小区用户的干扰,同时由于IRS的部署能够有效优化波束成形向量进而提高微小区用户的短包传输性能,并且IRS的通信增强效果与微小区用户的解码错误概率以及IRS反射单元的数量有直接关系。

【总页数】10页(P2289-2298)【作者】罗佳俊;代海波;王保云;李春国【作者单位】南京邮电大学物联网学院;南京邮电大学通信与信息工程学院;东南大学信息科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TN92【相关文献】1.ad hoc网络中基于多波束天线的集中式低时延调度算法2.基于车辆行为分析的车联网超可靠低时延通信关键技术3.无线超可靠低时延通信:关键设计分析与挑战4.超可靠低时延通信的无线信道动态性和鲁棒性5.IRS辅助的SWIPT系统中基于能效优先的波束成形设计与优化因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

5G无线通信中的波束成形技术实现方法近年来，随着移动通信技术的迅猛发展，5G无线通信成为了热门话题。

作为5G无线通信的核心技术之一，波束成形技术被广泛应用于提高通信质量和增强通信覆盖范围。

本文将介绍5G无线通信中波束成形技术的实现方法和相关技术。

首先，让我们来了解什么是波束成形技术。

波束成形是指在无线通信中，通过调整发射端和接收端的天线电束形状和方向，使得信号能够以狭窄的波束形式传输或接收。

与传统的全向性天线相比，波束成形技术能够将无线信号在特定方向上进行聚焦，减小信号功率损耗和干扰，提高通信质量和传输速率。

在5G无线通信中，波束成形技术的实现方法主要包括两种：数字波束成形和模拟波束成形。

首先是数字波束成形。

数字波束成形通过无线通信设备中的数字信号处理器对发射信号进行处理和优化，以实现波束成形。

数字波束成形主要包括两个环节：信号预处理和波束形成。

信号预处理可以利用先进的信号处理算法，如最小均方差（MMSE）算法、最大比合并（MRC）算法等，对待发送的数据进行预处理，使得接收端可以更精确地捕捉到发送信号。

波束形成则是通过利用波束权重矩阵和相位控制器，将信号按照特定的方向进行聚焦。

数字波束成形可以动态调整波束方向和形状，适应不同的通信环境和需求。

它具有高度灵活性和可配置性，可以应对复杂的无线通信信道环境，提供更高的传输速率和覆盖范围。

另一种实现方法是模拟波束成形。

模拟波束成形是通过利用天线阵列中的各个天线元件的相位和振幅调节，实现对发射信号的波束聚焦。

模拟波束成形主要包括两个步骤：波束形成和波束跟踪。

波束形成是指通过设置各个天线元件的相位和振幅，使得发射信号按照特定方向形成波束。

波束跟踪则是根据接收信号的反馈信息，动态调整天线阵列的相位和振幅，以适应无线信道的变化。

模拟波束成形相较于数字波束成形，计算复杂度更低，硬件实现更简单，但灵活性略显不足。

除了数字波束成形和模拟波束成形，还有一种混合波束成形技术，是数字和模拟波束成形的结合。

异构网中基于BD的协作波束赋形算法研究王霆仪;姜静;徐政【摘要】波束赋形是下一代无线蜂窝网中提高频谱效率的一项重要技术,文中在多用户波束赋形技术的研究基础上,研究了CoMP中的CB技术.针对LTE系统中的小区间干扰严重,且已有的干扰协调技术无法有效解决边缘用户频谱效率低的问题,LTE-A系统引入了多点协作传输/接收技术.该技术通过相邻小区间的联合处理或协作波束赋形,可抑制小区间干扰,提高用户的接收信号质量,使系统容量和小区边缘用户的频谱效率得到有效提高.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2015(028)002【总页数】4页(P26-29)【关键词】多点协作传输;联合处理;协作波束赋形【作者】王霆仪;姜静;徐政【作者单位】西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西西安710061;西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西西安710061;西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西西安710061【正文语种】中文【中图分类】TN929.5随着无线通信网络的高速发展，无线中继、微微小区、家庭基站、终端直通等技术不断涌现，以满足用户随时随地获得高质量无线业务的需求，使分层异构覆盖逐渐为移动通信网络的重要工作场景。

分层异构网络结构引入了相对于传统的小区基站发射功率更小的发射节点，包括微微蜂窝(Picocell)、毫微微蜂窝(Femtocells)以及用于信号中继的中继站(Relay)。

这些节点发射功率小，便于灵活部署网络，为室内和热点场景提供了高速传输速率;同时这些节点的覆盖范围小，可以更加有效地利用LTE－Advanced如3.5 GHz的高频段频谱。

但分层异构技术为人们提供高速/便捷的移动数据业务服务的同时，也带来了诸多问题，如可用频谱资源日益匮乏，网络间干扰复杂多变，业务质量难以得到可靠保证，能量消耗增多等。

这些问题导致网络资源能效利用率低下，严重影响无线网络的可持续发展，因此如何降低无线异构网络中不同小区间的干扰和提高能效，是移动通信急需解决的问题。

波束成型算法1. 波束成型技术简介波束成型是无线通信领域中的一种信号处理技术，可在发送端或接收端对信号进行精确控制以获得更好的传输性能和信号质量。

波束成型技术早期应用于雷达领域，后来被广泛应用于通信和无线电领域。

波束成型技术使用了信号处理中的一些小技巧，比如使用矩阵变换来调整信号的方向、使用滤波器来削弱干扰信号、采用多通道技术将多个信号捕获并合成，从而得到更大的带宽。

波束成型技术在实际应用中有很多优势，其中最接近使用最广的应用是 Wi-Fi 网络。

由于 Wi-Fi 信号在传播过程中存在大量干扰和地形限制，因此 Wi-Fi 设备通常采用波束成型技术来提高数据传输速度和稳定性。

2. 常用的波束成型算法波束成型技术使用了多种算法来优化信号处理过程。

以下是一些比较常用的波束成型算法。

2.1 最大比例合成（MRC）最大比例合成（MRC）是一种基本的波束成型算法，早期用于雷达信号处理中。

该算法假设接收器接收到多个信号，因此可以将这些信号同时处理并在接收端组合。

MRC算法基于一个重要的假设，即所有输入信号的增益和相位都已经完全被正确调整，因而只需找到一种权重来控制每个信号的比例即可。

2.2 波前匹配（BF）波前匹配（BF）算法是另一种广泛应用于 Wi-Fi 和 4G 网络中的波束成型技术。

该算法使用两个步骤来计算输出信号：首先，接受器收集并测量所有输入信号的方向和强度，接着通过一种被称为反向传播的反向信号来减少干扰。

BF算法优点是计算快速、复杂度低，且易于实现。

2.3 均衡信道反馈（CB）均衡信道反馈（CB）是另一种常见的波束成型技术，主要用于移动通信应用中。

CB算法基于一个关键的原理，即通过信道反馈来提高信号的分辨率和精度，从而实现更好的信号传输。

CB算法的基本思想是：在接收端，如果已知输入均衡的信道的传输函数，则可以将其与传输信号进行卷积以获得输出信号。

但实际应用中，CB 算法的计算速度比较慢，且需要较高的硬件和软件要求。

波束成形方向向量公式
波束成形（Beamforming）是一种通过控制信号传输方向来实现信号
传输和接收效果优化的技术。

它主要应用于无线通信领域，包括无线通信
系统、雷达和声纳等领域。

波束成形的目标是使波束在特定方向上的信号
能量最大化，以实现更好的通信效果。

其中w是波束成形的权重向量，a是传输数组的天线元素，d是天线
元素之间的间距，k是波数，θ是待成形的波束的方向。

波束成形方向向量公式基于波束的干涉原理和天线组成的线阵。

干涉
原理是指在线阵的各个天线元素上，由于它们与目标之间的距离不同，接
收到的信号的相位差也不同，通过调整权重向量中各个元素的相位和幅度，可以使来自目标方向上的信号的相位差最小，从而实现波束方向的调整。

波束成形的目标是最大化波束方向上的信号能量。

在实际应用中，波
束成形需要通过优化算法来确定权重向量w，使得波束能够在目标方向上
最大化。

常见的优化算法包括最小均方误差（Minimum Mean Square Error，MMSE）法、最小方差无偏估计（Minimum Variance Unbiased Estimation，MVUE）法等。

在无线通信系统中，波束成形方向向量公式的应用可以显著提高信号
传输的效率和质量。

例如，在当前的5G通信系统中，由于波束成形技术
的应用，可以实现更高的传输速率和更大的覆盖范围。

总之，波束成形方向向量公式是一种数学表示形式，用于描述通过调
整天线元素的幅度和相位来实现波束在特定方向上的最大化的方法。

它是
现代通信领域中波束成形技术的理论基础，并在无线通信系统中发挥着重
要的作用。

异构网络中协作多点鲁棒性波束成形设计石盼;鲍慧;史辉;吕凛杰;李慧【摘要】异构网络可以极大提高第5代移动通信系统的性能,但是不同的低功率节点却使得整个网络中小区间的干扰变得更加复杂,已有的干扰协调技术已经不是解决此类干扰问题的最优方法.将协作多点(CoMP)传输技术引入异构网络可以消除不同小区间的干扰,但是,由于基站间的回程链路存在开销时延以及信道的估计、量化过程均存在误差,干扰消除效果变差.为了减小3种非理想因素对干扰消除的影响,考虑了信道估计误差、量化误差和基站间协作开销时延,设计了收发联合的鲁棒性波束成形.通过Matlab仿真结果表明,相较于传统的块对角化波束成形算法,该算法更好地消除了小区间干扰,系统的吞吐量和误码率性能得到明显改善.%Heterogeneous networks can improve the performance of the fifth generation mobile communication system greatly,but the introduced different low power nodes make the interference of the whole networks more complex,the existed interference coordinated technology has not solve this kind interference problems.Coordinated multi-point (CoMP) transmission technology in heterogeneous networks can eliminate the interference between different cells,however,because of the overhead delay in backhaul link,the channel estimation error and quantization error,the interference cancelation effect may be affected.In order to reduce the influence of this three kinds of non-ideal factors,according to the channel estimation error,quantization error and overhead delay between base stations,we design a transceiver combined robust beamforming algorithm.The Matlab simulation results show that compared to thetraditional block diagonalization beamforming,the proposed algorithm can eliminate the inter-cell interference better,and the system throughput and bit error rate can improved significantly.【期刊名称】《实验室研究与探索》【年(卷),期】2017(036)002【总页数】5页(P10-13,49)【关键词】异构网;协作多点;鲁棒性;波束成形【作者】石盼;鲍慧;史辉;吕凛杰;李慧【作者单位】国网冀北电力有限公司技能培训中心,河北保定071051;华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003;国网冀北电力有限公司技能培训中心,河北保定071051;国网冀北电力有限公司技能培训中心,河北保定071051;国网冀北电力有限公司技能培训中心,河北保定071051【正文语种】中文【中图分类】TN802异构网络[1]是第5代移动通信系统的关键技术之一，其可以提高小区边缘用户的服务质量和小区覆盖范围，然而多种网络形式的叠加使得小区间干扰变得更加复杂。

专利名称：一种云无线接入网的鲁棒波束成型设计方法专利类型：发明专利
发明人：王睿,颜栋梁,刘儿兀
申请号：CN201810171261.8
申请日：20180301
公开号：CN108599831A
公开日：
20180928
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种云无线接入网的鲁棒波束成型设计方法。

包括步骤有步骤1:确定模型，增加两个限制条件，优化模型；步骤2：使用SDP方法将原问题中的二范数问题转化为线性问题；步骤3：通过l范数近似的方法消除难以处理的l范数问题；步骤4：采用马尔可夫不等式消除信号不确定性的影响；步骤5：使用MM算法将复杂的波束成型设计子问题化简为一系列便于求解的凸优化问题；步骤6：利用ADMM算法对每个子问题进行求解。

在应用中，只需设定用户的所需的通信质量和各基站最大可提供的传输能耗，即可利用本发明提出的算法在信道状态信息不确定的情况下对各个用户进行波束成型设计，使得满足基站能耗约束的同时，大多数用户满足信干噪比约束。

申请人：同济大学
地址：200092 上海市杨浦区四平路1239号
国籍：CN
代理机构：上海科律专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：叶凤
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无线网络中的波束成形技术随着科技的不断进步，无线通信技术发生了翻天覆地的变化。

相较于传统的天线技术，波束成形技术更受到了人们的青睐。

波束成形技术是无线通信技术中的一种新兴技术，通过调节天线方向、幅度和相位等参数，使信号能够准确地被定向传播，从而提高了无线通信的质量和效率。

本文将详细介绍无线网络中波束成形技术的应用以及优势。

一、波束成形技术的基本原理波束成形技术是通过调节发射端和接收端的天线参数来改变信号的传输方向和强度。

在调节天线参数之前，需要对信道进行建模，确定传输路径和信道特性；之后，通过对天线参数的调节，发送端向目标发送更加强有力的信号，而接收端则能够准确地接收到信号。

整个过程，就叫做波束成形技术。

波束成形技术的调节参数主要包括天线方向、天线幅度和天线相位。

天线方向的调节可以使信号覆盖范围更加集中，传输距离更远；天线幅度和天线相位的调节则可以调整信号的信噪比和相位延迟，从而进一步优化信号传输质量。

二、波束成形技术在无线网络中的应用1.多址分配技术无线网络是一个共享资源，信号受多个用户干扰的影响比有线网络更加严重。

传统的无线网络采用TDMA或CDMA等多址分配技术，将无线信道进行分时或者分频复用，但是在高频段等复杂信道环境下，这种技术是无法满足要求的。

波束成形技术可以减少多用户间的干扰，从而大大提高网络效率和信号质量。

2.信道分集技术多路路径信号计算和合成是无线通信中一个重要的技术问题。

传统的单天线无法实现波束成形技术，但多输入多输出（MIMO）技术可以实现这一点。

MIMO技术通过多个天线接收多路独立的信号，然后通过波束成形技术将它们合并为一路更强有力的信号，从而大大提高了网络的容量和覆盖范围。

3.室内分布式天线技术室内分布式总线式天线系统（DAS）是在室内无线通信领域的新兴技术，由于其能够提供更加均匀的网络覆盖以及更优质的网络服务，被广泛应用于大型建筑、高层公寓等环境中。

波束成形技术可以进一步改善DAS技术中的网络覆盖和服务质量。

无线网络中基于波束成形的多用户接入技术研究无线通信技术的发展日新月异，波束成形技术（Beamforming）也随之兴起，成为未来无线网络中的重要组成部分。

该技术可以有效提高空间频谱利用率与传输速率，满足多用户的需求。

同时，因为其具有可扩展性和适应性，其应用前景广阔。

本文就基于波束成形的多用户接入技术进行研究。

1. 基于波束成形的多用户接入技术简介首先，我们需要了解波束成形技术。

波束成形技术是指在发射端与接收端之间通过调制电子波束的方向和形状，使信号在一定的方向上得到增强而在其他方向上被削弱，从而实现信号增强，抑制干扰和提高传输速率的技术。

具体来说，在多种天线阵列的信号传输下，利用自适应算法空间滤波，将单一信号转变成一定方向上的多路信号，这些信号在不同空间方位和位置上分别传输给不同用户，实现了多用户接入技术。

2. 基于波束成形的多用户接入技术的优势在当前无线通讯中，由于需要高速宽带传输、大容量和多用户接入，因此需要一种高效的多用户接入技术。

基于波束成形的多用户接入技术与其他技术相比具有多方面的优势，包括：（1）高速率和高容量：通过增强信号的方向性和利用空间分离的技术，可以实现更高的传输速率和更大的传输容量。

（2）降低干扰：通过抑制干扰和增强信号的方向性，可以减少信号与其他设备之间的干扰，实现更可靠的传输。

（3）灵活性和适应性：该技术具有较高的灵活性和适应性，可以根据不同环境和设备的需求进行调整和优化。

（4）节省能源：由于其较高的传输效率和可控制的发射方向，可以节省大量的能源消耗。

3. 基于波束成形的多用户接入技术的实践应用该技术在当前无线通信领域中已经得到了广泛的应用。

其中最重要的应用是在5G网络中，能够实现更高的传输速率和更大的容量，提高网络的可靠性和稳定性。

同时，在智能家居和工业生产等领域也可以发挥出更加灵活的作用，提高设备之间的互动性和可控性，提高设备的效率和稳定性。

当前的研究也着重于解决一些技术问题，例如如何提高多用户接入的效率、如何优化波束成形算法和如何满足不同场景和应用的需求，这些问题将成为未来基于波束成形多用户接入技术的研究和发展的重点。

波束成形算法
如今，无线通信技术的发展和应用以及互联网的广泛使用，使得传播信号的范
围更加广泛。

在无线通信中，不同类型的天线通常用于实现信号的传输和接收，而波束成形，即波束形成技术，是一种可以增加通信信号传输效率的算法。

波束成形技术是一种使用智能算法重新分布集中在目标区域中信号的能量来提
高传输效率的技术。

它使用了基于模糊控制、门控技术、并行处理技术及其他现代数学技术，可有效提高信号距离中传输和接收信号的灵敏度，有效地抑制背景噪声，改善系统通信性能。

除了上述功能，波束成形技术还能有效的把捕获的数据流程行转换到另外一个
地点，从而可以在异地机房或远距离的位置实现信号传输，大大提高了系统通信效率和稳定性，并降低了通信成本。

据技术权威报告显示，在无线通信功率有限的实际应用中，使用波束形成技术
可以有效地提高传输距离和接收信号的灵敏度，以致于系统的能效、可靠性和安全性更加臻于完善。

因此，波束成形技术在无线网络中得到了越来越多的应用，成为现代信息时代提高信息传输效率的重要手段之一。