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CN109039410B - 一种异构云无线接入网络的波束成形方法及通信网络 - Google Patents

一种异构云无线接入网络的波束成形方法及通信网络 Download PDF

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CN109039410B
CN109039410B CN201810678376.6A CN201810678376A CN109039410B CN 109039410 B CN109039410 B CN 109039410B CN 201810678376 A CN201810678376 A CN 201810678376A CN 109039410 B CN109039410 B CN 109039410B
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rrh
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Abstract

本发明提供了一种异构云无线接入网络的波束成形方法及使用该方法的通信网络，该方法包括计算宏蜂窝用户(MU)的数据传输速率；计算无线远端射频单元用户(RU)的数据传输速率计算异构云无线接入网络的总能量效率；确定MBS和RRHs的波束成形向量联合优化问题；以及最后一步骤求解波束成形问题。使用该方法的通信网络包括基带处理单元池、宏基站MBS、若干无线远端射频单元RRHs、若干个宏蜂窝用户和若干个RRH用户。针对现有波束成形技术方案不适用于大规模MIMO辅助的异构云无线接入网络的问题，本发明的大规模MIMO辅助的异构云无线接入网络波束成形方法，以最大化网络的总能量效率为优化目标，提高了异构云无线接入网络的能量效率、降低MBS和RRHs的总功耗。

Description

一种异构云无线接入网络的波束成形方法及通信网络
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种大规模MIMO辅助的异构云无线接入网络的波束成形方法及实现该方法的通信网络。
背景技术
随着物联网以及移动互联网的迅速发展，现有无线通信系统面临着频谱资源短缺、能量消耗过大、传输速率难以满足未来通信发展的需求。因此，如何利用有限的资源最大幅度地提高传输速率和降低能耗成为下一代无线通信系统必须考虑的问题。
异构云无线接入网络作为一种新型的网络架构，被认为是满足未来无线通信网络需求的最有前途的解决方案之一。异构云无线接入网络借鉴了异构网络中通过高功率节点实现控制和业务平面分离技术以及云无线接入网络中无线远端射频单元高效支撑局部业务的优点，通过利用先进的协作信号处理技术，异构云无线接入网络能够显著地提高无线网络的性能。另外，异构云无线接入网络还具有成本低、网络部署灵活、资源利用率高等特点。与此同时，新出现的大规模多输入多输出(MIMO,multiple-input multiple-output)技术，通过在基站侧配置数十甚至数百根天线，能够成倍地提高通信系统容量，频谱效率，获得较高的空间分集能力。因此，将异构云无线接入网络与大规模 MIMO技术相结合，发挥各自技术优势，能够满足下一代无线网络中高性能通信的要求。
有鉴于此，有必要设计一种新的异构云无线接入网络波束成形方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大规模MIMO辅助的异构云无线接入网络波束成形方法，亦即在异构云无线接入网络中引入大规模MIMO技术，以最大化网络的总能量效率为优化目标，在考虑功率约束的条件下，对宏基站和无线远端射频单元的波束成形向量进行联合优化。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种异构云无线接入网络的波束成形方法，包括如下步骤：
S1，计算宏蜂窝用户MU的数据传输速率
Figure GDA0003068967970000021
S2，计算无线远端射频单元用户RU的数据传输速率
Figure GDA0003068967970000022
S3，计算异构云无线接入网络的总能量效率ξ:
Figure GDA0003068967970000023
其中，
R(wj，vk)为异构云无线接入网络中RUs和MUs的总数据传输速率，所述RUs表示若干个RU，所述MUs表示若干个MU，
P(wj，vk)为异构云无线接入网络中无线远端射频单元RRH和宏基站 MBS的总功耗；
S4，确定MBS和RRHs的波束成形向量联合优化问题，该优化问题表示为：
Figure GDA0003068967970000024
约束条件(1)：
Figure GDA0003068967970000025
约束条件(2)：
Figure GDA0003068967970000026
其中，PRRH和PMBS分别为所有RRHs和MBS的最大发射功率门限值，所述RRHs表示若干个RRH；
S5，求解波束成形问题，将步骤S4中的优化问题等效为如下凸优化问题：
Figure GDA0003068967970000031
约束条件(1)、约束条件(2)以及
约束条件(3)：
Figure GDA0003068967970000032
约束条件(4)：
Figure GDA0003068967970000033
约束条件(5)：
Figure GDA0003068967970000034
约束条件(6)：
Figure GDA0003068967970000035
其中，j表示RU的索引号；k和k均表示MU的索引号，其中k≠k；J表示RU的总个数；K表示MU的总个数；wj表示由N个波束成形向量 wn,j组成的累积波束成形向量，
Figure GDA0003068967970000036
为RRH n对RU j的波束成形向量，其中n表示RRH的索引号；
Figure GDA0003068967970000037
为MBS对MU k的波束成形向量，v k 为 MBS对MU k波束成形向量；
Figure GDA0003068967970000038
为MBS与RU j之间的干扰信道向量；
Figure GDA0003068967970000039
为MBS与MU k之间的信道向量；
Figure GDA00030689679700000310
表示由N个信道向量hn,j组成的累积信道向量，
Figure GDA00030689679700000311
为RRH n与RU j之间的信道向量；
Figure GDA00030689679700000312
表示由N个信道向量gn,k组成的累积信道向量，
Figure GDA00030689679700000313
为RRH n与MU k之间的干扰信道向量；
Figure GDA00030689679700000314
表示TM维的列向量；
Figure GDA00030689679700000315
表示TR维的行向量，其中TM表示MBS配有的天线数，TR表示RRH配有的天线根数；λ，
Figure GDA00030689679700000316
为引入辅助变量。
作为本发明的进一步改进，在步骤S5中将优化问题(A)转化求解为如下优化问题：
Figure GDA00030689679700000317
约束条件(1)：
Figure GDA0003068967970000041
约束条件(2)：
Figure GDA0003068967970000042
作为本发明的进一步改进，将优化问题(C)进一步等效为优化问题(B)，其中约束条件为：
约束条件(7)：
Figure GDA0003068967970000043
约束条件(3)：
Figure GDA0003068967970000044
约束条件(8)：
Figure GDA0003068967970000045
约束条件(4)：
Figure GDA0003068967970000046
约束条件(1)，约束条件(2)。
作为本发明的进一步改进，将非凸约束条件(7)、非凸约束条件(8)分别近似为如下凸约束条件：
约束条件(5)：
Figure GDA0003068967970000047
约束条件(6)：
Figure GDA0003068967970000048
作为本发明的进一步改进，求解优化问题(B)的步骤如下：
步骤1：初始化
Figure GDA0003068967970000049
λ，j∈J，k∈K；
步骤2：求解凸优化问题(B)得到解
Figure GDA00030689679700000410
vk，wj；
步骤3：根据步骤2中的解，更新
Figure GDA00030689679700000411
和
Figure GDA00030689679700000412
步骤4：重复步骤2～3，直到
Figure GDA00030689679700000413
和
Figure GDA00030689679700000414
收敛；
步骤5：更新
Figure GDA0003068967970000051
步骤6:重复步骤2～5，直到λ收敛，得到最优解
Figure GDA0003068967970000052
和
Figure GDA0003068967970000053
分别表示wj和vk对应的最优解。
为实现上述发明目的，本发明还提供了一种基于大规模MIMO辅助的异构云无线接入网络波束成形方法，包括步骤如下：
S1，计算MU的数据传输速率，MU k的数据传输速率为：
Figure GDA0003068967970000054
其中，j表示RU的索引号；k和k均表示MU的索引号，其中k≠k，
Figure GDA0003068967970000055
为MBS对MU k的波束成形向量，vk为MBS对MU k波束成形向量，
Figure GDA0003068967970000056
为MBS与MU k之间的信道向量，
Figure GDA0003068967970000057
Figure GDA0003068967970000058
为RRH n与MU k 之间的干扰信道向量，其中n表示RRH的索引号，
Figure GDA0003068967970000059
Figure GDA00030689679700000510
为 RRH n对RU j的波束成形向量，J表示RU的总个数，K表示MU的总个数， N表示RRH的总个数，MU k，其中k∈K，C表示复数域，(g)T表示转置；所述 MU为宏蜂窝用户，所述MUs为若干个宏蜂窝用户，所述MBS为宏基站，所述 RRH为无线远端射频单元；
S2，计算RU的数据传输速率，RU j的数据传输速率为：
Figure GDA00030689679700000511
其中,
Figure GDA00030689679700000512
为RRH n与RU j之间的信道向量，
Figure GDA00030689679700000513
为MBS与RU j之间的干扰信道向量，RU j，其中j∈J；所述RU为无线远端射频单元用户，所述RUs为若干个无线远端射频单元用户；
S3，计算异构云无线接入网络的总能量效率，异构云无线接入网络中RUs 和MUs的总数据传输速率为：
Figure GDA0003068967970000061
异构云无线接入网络中RRH和MBS的总功耗为：
Figure GDA0003068967970000062
那么，异构云无线接入网络的总能量效率为：
Figure GDA0003068967970000063
S4，确定MBS和RRHs的波束成形向量联合优化问题，该大规模MIMO辅助的异构云无线接入网络波束成形向量联合优化问题可以表示为：
Figure GDA0003068967970000064
Figure GDA0003068967970000065
Figure GDA0003068967970000066
其中，PRRH和PMBS分别为所有RRHs和MBS的最大发射功率门限值；所述 RRHs为若干个RRH；
S5，求解波束成形问题，将求解非凸的、非线性优化问题(6)转化为求解如下优化问题(7)
Figure GDA0003068967970000067
s.t.(6b),(6c) (7b)
优化问题(7)中的目标函数是非凸的，为了方便求解，引入辅助变量
Figure GDA0003068967970000068
Figure GDA0003068967970000069
优化问题(7)可以等效为如下优化问题：
Figure GDA00030689679700000610
Figure GDA00030689679700000611
Figure GDA00030689679700000612
Figure GDA0003068967970000071
Figure GDA0003068967970000072
s.t.(6b),(6c) (8f)
优化问题(8)中，目标函数和约束条件(6b)，(6c)，(8c)，(8e)都是凸的，而约束条件(8b)和(8d)是非凸的，约束条件(8b)和(8d)可近似为如下凸约束条件：
Figure GDA0003068967970000073
Figure GDA0003068967970000074
根据上述分析，优化问题(7)最终可以等效为如下凸优化问题，即：
Figure GDA0003068967970000075
s.t.(6b),(6c),(8c),(8e),(9),(10) (11b)
其中，k表示MU的索引号，wj表示由N个波束成形向量wn,j组成的累积波束成形向量；
Figure GDA0003068967970000076
为MBS对MU k的波束成形向量；MBS配有大规模天线阵列，TM表示MBS配有的天线数，TR表示RRH配有的天线根数；
Figure GDA0003068967970000077
为MBS与RU j之间的干扰信道向量；
Figure GDA0003068967970000078
为MBS与MU k之间的信道向量；
Figure GDA0003068967970000079
表示由N个信道向量hn,j组成的累积信道向量；λ，
Figure GDA00030689679700000710
为引入辅助变量。
作为本发明的进一步改进，求解原优化问题(6)的步骤如下：
步骤1：初始化
Figure GDA00030689679700000711
λ，j∈J，k∈K；
步骤2：求解凸优化问题(B)得到解
Figure GDA00030689679700000712
vk，wj；
步骤3：根据步骤2中的解，更新
Figure GDA00030689679700000713
和
Figure GDA00030689679700000714
步骤4：重复步骤2～3，直到
Figure GDA0003068967970000081
和
Figure GDA0003068967970000085
收敛；
步骤5：更新
Figure GDA0003068967970000082
步骤6:重复步骤2～5，直到λ收敛，得到最优解
Figure GDA0003068967970000083
和
Figure GDA0003068967970000084
分别表示 wj和vk对应的最优解。
为实现上述发明目的，本发明还提供了一种通信网络，该通信网络包括基带处理单元池、宏基站MBS、无线远端射频单元RRH、若干个宏蜂窝用户和若干个RRH用户，所述MBS提供广域无线信号覆盖，所述RRH提供热点区域或边缘区域的无线信号覆盖，所述MBS配有大规模天线阵列，所述宏蜂窝用户和所述RRH用户至少配有一根天线，所述通信网络可以实现前述任一项所述的波束成形方法。
作为本发明的进一步改进，MBS配有大规模天线阵列，天线数为TM， RRH配有TR根天线，其中TM＞＞TR。
作为本发明的进一步改进，所述天线数TM不少于一百根。
本发明的有益效果：针对现有波束成形技术方案不适用于大规模MIMO 辅助的异构云无线接入网络的问题，提出了一种大规模MIMO辅助的异构云无线接入网络波束成形方法，该方法以最大化网络的总能量效率为优化目标，通过对MBS和RRHs的波束成形向量进行联合优化，抑制异构云无线接入网络中存在的干扰，进而提高异构云无线接入网络的能量效率、降低MBS和 RRHs的总功耗。
附图说明
图1为实现本发明方法的通信网络示意图。
图2为大规模MIMO辅助的异构云无线接入网络波束成形方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
需要强调的是，在描述本发明过程中，各种公式和约束条件分别使用前后一致的标号进行区分，但也不排除使用不同的标号标志相同的公式和/或约束条件，这样设置的目的是为了更清楚的说明本发明特征所在。
如图1和图2所示，本发明提供了一个基于大规模MIMO辅助的异构云无线接入网络。该通信网络由一个基带处理单元池、一个宏基站(Macro Base Station MBS)、N个无线远端射频单元(Remote Radio Head,RRH)、K个宏蜂窝用户(宏蜂窝用户采用MU表示)和J个RRH用户(RRH用户采用RU表示)。 MBS提供广域无线信号覆盖，而RRH主要负责热点区域或边缘区域的无线信号覆盖。MBS和RRHs分别为MUs和RUs提供通信服务。MUs和RUs分别表示若干个MU和若干个RU。假设MBS配有大规模天线阵列，天线数为 TM(TM取值可达数百)，RRH配有TR根天线(TM＞＞TR)，其中TM表示MBS配有的天线数，TR表示RRH配有的天线根数，所有用户配有一根天线，如图1 所示。令N＝{1,2,…,N}表示所有RRHs组成的集合，K＝{1,2,…,K}表示所有MUs 组成的集合，J＝{1,2,…,J}表示所有RUs组成的集合，RRHs表示若干个RRH。
令
Figure GDA0003068967970000091
为MBS对MU k的波束成形向量，
Figure GDA0003068967970000092
为MBS发送MU k的信号，
Figure GDA0003068967970000093
为MBS与MU k之间的信道向量。那么，MU k接收到的信号为：
Figure GDA0003068967970000094
其中
Figure GDA0003068967970000095
为RRHn与MU k之间的干扰信道向量，其中n表示RRH的索引号，
Figure GDA0003068967970000101
为RRH n对RU j的波束成形向量，N表示RRH 的总个数，
Figure GDA0003068967970000102
为RRHs发送给RU j的信号，
Figure GDA0003068967970000103
为接收到的噪声， CN(0,1)表示服从均值向量为0，协方差为1的复高斯分布，C表示复数域， (g)T表示转置。其中，
Figure GDA0003068967970000104
表示TM维的列向量；
Figure GDA0003068967970000105
表示TR维的行向量；MUk的数据传输速率为：
Figure GDA0003068967970000106
RU j接收到的信号为：
Figure GDA0003068967970000107
其中，
Figure GDA0003068967970000108
Figure GDA0003068967970000109
为RRH n与RU j之间的信道向量，
Figure GDA00030689679700001010
为MBS与RU j之间的干扰信道向量，
Figure GDA00030689679700001011
为接收到的噪声。那么，RU j的数据传输速率为：
Figure GDA00030689679700001012
因此，异构云无线接入网络中RUs和MUs的总数据传输速率为：
Figure GDA00030689679700001013
异构云无线接入网络中RRHs和MBS的总功耗为：
Figure GDA00030689679700001014
那么，异构云无线接入网络的总能量效率为：
Figure GDA0003068967970000111
异构云无线接入网络中MBS和RRHs联合波束成形问题可以表示为：
Figure GDA0003068967970000112
Figure GDA0003068967970000113
Figure GDA0003068967970000114
其中PRRH和PMBS分别为所有RRHs和MBS的最大发射功率门限值；j表示所述RU的索引号；k和k均表示所述MU的索引号，其中k≠k。
在求解优化问题(6)或(A)之前，引入如下差分优化问题：
Figure GDA0003068967970000115
s.t.(6b),(6c) (7b)
令
Figure GDA0003068967970000116
和
Figure GDA0003068967970000117
为优化问题(6)或(A)的最优解，
Figure GDA0003068967970000118
根据非线性规划理论，当且仅当
Figure GDA0003068967970000119
成立时，优化问题(6)或(A)和优化问题(7)或(C)具有相同的解。因此，求解优化问题 (6)或(A)可转化为求解优化问题(7)或(C)。
优化问题(7)或(C)的目标函数是非凸的，为了方便求解，引入辅助变量
Figure GDA0003068967970000121
优化问题(7)或(C)可以等效为如下优化问题：
Figure GDA0003068967970000122
Figure GDA0003068967970000123
Figure GDA0003068967970000124
Figure GDA0003068967970000125
Figure GDA0003068967970000126
s.t.(6b),(6c) (8f)
优化问题(8)或(B)中，除了约束条件(8b)和(8d)外，其他的约束条件和目标函数都是凸的。下面对约束条件(8b)和(8d)进行处理，定义函数g(x,y)＝xy 和
Figure GDA0003068967970000127
其中f(x,y)≥g(x,y)。显然f(x,y)是凸函数，当
Figure GDA0003068967970000128
时，有f(x,y)＝g(x,y)。基于上述分析，约束条件(8b)和(8d)可以近似为：
Figure GDA0003068967970000129
Figure GDA00030689679700001210
根据上述分析，优化问题(7)最终可以等效为如下优化问题，即：
Figure GDA00030689679700001211
s.t.(6b),(6c),(8c),(8e),(9),(10) (11b)
如图2所示，本方案提供的波束成形方法求解原优化问题(6)或(A)的具体步骤如下：
步骤1：初始化
Figure GDA0003068967970000131
λ，j∈J，k∈K；
步骤2：求解凸优化问题(11)得到解
Figure GDA0003068967970000132
vk，wj；
步骤3：根据步骤2中的解，更新
Figure GDA0003068967970000133
和
Figure GDA0003068967970000134
步骤4：重复步骤2～3，直到
Figure GDA0003068967970000135
和
Figure GDA0003068967970000136
收敛；
步骤5：更新
Figure GDA0003068967970000137
步骤6:重复步骤2～5，直到收敛λ收敛，得到最优解
Figure GDA0003068967970000138
和
Figure GDA0003068967970000139
分别表示wj和vk对应的最优解。
其中，λ，
Figure GDA00030689679700001310
为引入辅助变量。
Figure GDA00030689679700001311
是为了将非凸约束条件(7)近似为凸约束条件(5)而引入的；
Figure GDA00030689679700001312
是为了将非凸约束条件(8)近似为凸约束条件 (6)而引入的；λ是为了将优化问题A中的分式形式的目标函数，转变为优化问题C中的差形式的目标函数而引入的。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种异构云无线接入网络的波束成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，计算宏蜂窝用户MU的数据传输速率
Figure FDA0003068967960000011
S2，计算无线远端射频单元用户RU的数据传输速率
Figure FDA0003068967960000012
S3，计算异构云无线接入网络的总能量效率ξ:
Figure FDA0003068967960000013
其中，
R(wj，vk)为异构云无线接入网络中RUs和MUs的总数据传输速率，所述RUs表示若干个RU，所述MUs表示若干个MU，
P(wj，vk)为异构云无线接入网络中无线远端射频单元RRH和宏基站MBS的总功耗；
S4，确定MBS和RRHs的波束成形向量联合优化问题，该优化问题表示为：
Figure FDA0003068967960000014
约束条件(1)：
Figure FDA0003068967960000015
约束条件(2)：
Figure FDA0003068967960000016
其中，PRRH和PMBS分别为所有RRHs和MBS的最大发射功率门限值，RRHs表示若干个RRH；
S5，求解波束成形问题，将步骤S4中的优化问题等效为如下凸优化问题：
Figure FDA0003068967960000017
约束条件(1)、约束条件(2)以及
约束条件(3)：
Figure FDA0003068967960000021
约束条件(4)：
Figure FDA0003068967960000022
约束条件(5)：
Figure FDA0003068967960000023
约束条件(6)：
Figure FDA0003068967960000024
其中，j表示RU的索引号；k和k均表示MU的索引号，其中k≠k；J表示RU的总个数；K表示MU的总个数；wj表示由N个波束成形向量wn,j组成的累积波束成形向量，
Figure FDA0003068967960000025
为RRH n对RU j的波束成形向量，其中n表示RRH的索引号；
Figure FDA0003068967960000026
为MBS对MU k的波束成形向量，v k 为MBS对MU k波束成形向量；
Figure FDA0003068967960000027
为MBS与RU j之间的干扰信道向量；
Figure FDA0003068967960000028
为MBS与MUk之间的信道向量；
Figure FDA0003068967960000029
表示由N个信道向量hn,j组成的累积信道向量，
Figure FDA00030689679600000210
为RRH n与RUj之间的信道向量；
Figure FDA00030689679600000211
表示由N个信道向量gn,k组成的累积信道向量，
Figure FDA00030689679600000212
为RRH n与MU k之间的干扰信道向量；
Figure FDA00030689679600000213
表示TM维的列向量；
Figure FDA00030689679600000214
表示TR维的行向量，其中TM表示MBS配有的天线数，TR表示RRH配有的天线根数；λ，
Figure FDA00030689679600000215
为引入辅助变量。
2.根据权利要求1所述的波束成形方法，其特征在于：在步骤S5中将优化问题(A)转化求解为如下优化问题：
Figure FDA00030689679600000216
约束条件(1)：
Figure FDA00030689679600000217
约束条件(2)：
Figure FDA00030689679600000218
3.根据权利要求2所述的波束成形方法，其特征在于：将优化问题(C)进一步等效为优化问题(B)，其中约束条件为：
约束条件(7)：
Figure FDA0003068967960000031
约束条件(3)：
Figure FDA0003068967960000032
约束条件(8)：
Figure FDA0003068967960000033
约束条件(4)：
Figure FDA0003068967960000034
约束条件(1)，约束条件(2)。
4.根据权利要求3所述的波束成形方法，其特征在于：将非凸约束条件(7)、非凸约束条件(8)分别近似为如下凸约束条件：
约束条件(5)：
Figure FDA0003068967960000035
约束条件(6)：
Figure FDA0003068967960000036
5.根据权利要求1-4任一项所述的波束成形方法，其特征在于：求解优化问题(B)的步骤如下：
步骤1：初始化
Figure FDA0003068967960000037
λ，j∈J，k∈K；
步骤2：求解凸优化问题(B)得到解
Figure FDA0003068967960000038
vk，wj；
步骤3：根据步骤2中的解，更新
Figure FDA0003068967960000039
和
Figure FDA00030689679600000310
步骤4：重复步骤2～3，直到
Figure FDA00030689679600000311
和
Figure FDA00030689679600000312
收敛；
步骤5：更新
Figure FDA00030689679600000313
步骤6:重复步骤2～5，直到λ收敛，得到最优解
Figure FDA00030689679600000314
和
Figure FDA00030689679600000315
分别表示wj和vk对应的最优解。
6.一种大规模MIMO辅助的异构云无线接入网络波束成形方法，其特征在于，包括步骤如下：
S1，计算MU的数据传输速率，MU k的数据传输速率为：
Figure FDA0003068967960000041
其中，j表示RU的索引号；k和k均表示MU的索引号，其中k≠k，
Figure FDA0003068967960000042
为MBS对MU k的波束成形向量，v k 为MBS对MU k波束成形向量，
Figure FDA0003068967960000043
为MBS与MU k之间的信道向量，
Figure FDA0003068967960000044
Figure FDA0003068967960000045
为RRH n与MU k之间的干扰信道向量，其中n表示RRH的索引号，
Figure FDA0003068967960000046
Figure FDA0003068967960000047
为RRH n对RU j的波束成形向量，J表示RU的总个数，K表示MU的总个数，N表示RRH的总个数，MU k，其中k∈K，C表示复数域，(g)T表示转置；所述MU为宏蜂窝用户，所述MUs为若干个宏蜂窝用户，所述MBS为宏基站，所述RRH为无线远端射频单元；
S2，计算RU的数据传输速率，RU j的数据传输速率为：
Figure FDA0003068967960000048
其中,
Figure FDA0003068967960000049
Figure FDA00030689679600000410
为RRH n与RU j之间的信道向量，
Figure FDA00030689679600000411
为MBS与RUj之间的干扰信道向量，RU j，其中j∈J；所述RU为无线远端射频单元用户，所述RUs为若干个无线远端射频单元用户；
S3，计算异构云无线接入网络的总能量效率，异构云无线接入网络中RUs和MUs的总数据传输速率为：
Figure FDA00030689679600000412
异构云无线接入网络中RRH和MBS的总功耗为：
Figure FDA0003068967960000051
那么，异构云无线接入网络的总能量效率为：
Figure FDA0003068967960000052
S4，确定MBS和RRHs的波束成形向量联合优化问题，该大规模MIMO辅助的异构云无线接入网络波束成形向量联合优化问题可以表示为：
Figure FDA0003068967960000053
Figure FDA0003068967960000054
Figure FDA0003068967960000055
其中，PRRH和PMBS分别为所有RRHs和MBS的最大发射功率门限值；所述RRHs为若干个RRH；
S5，求解波束成形问题，将求解非凸的、非线性优化问题(6)转化为求解如下优化问题(7)
Figure FDA0003068967960000056
s.t.(6b),(6c) (7b)
优化问题(7)中的目标函数是非凸的，为了方便求解，引入辅助变量
Figure FDA0003068967960000057
Figure FDA0003068967960000058
优化问题(7)可以等效为如下优化问题：
Figure FDA0003068967960000059
Figure FDA00030689679600000510
Figure FDA00030689679600000511
Figure FDA00030689679600000512
Figure FDA00030689679600000513
s.t.(6b),(6c) (8f)
优化问题(8)中，目标函数和约束条件(6b)，(6c)，(8c)，(8e)都是凸的，而约束条件(8b)和(8d)是非凸的，约束条件(8b)和(8d)可近似为如下凸约束条件：
Figure FDA0003068967960000061
Figure FDA0003068967960000062
根据上述分析，优化问题(7)最终可以等效为如下凸优化问题，即：
Figure FDA0003068967960000063
s.t.(6b),(6c),(8c),(8e),(9),(10)(11b)
其中，k表示MU的索引号，wj表示由N个波束成形向量wn,j组成的累积波束成形向量；
Figure FDA0003068967960000064
为MBS对MU k的波束成形向量；MBS配有大规模天线阵列，TM表示MBS配有的天线数，TR表示RRH配有的天线根数；
Figure FDA0003068967960000065
为MBS与RU j之间的干扰信道向量；
Figure FDA0003068967960000066
为MBS与MU k之间的信道向量；
Figure FDA0003068967960000067
表示由N个信道向量hn,j组成的累积信道向量；λ，
Figure FDA0003068967960000068
为引入辅助变量。
7.根据权利要求6所述的波束成形方法，其特征在于：求解原优化问题(6)的步骤如下：
步骤1：初始化
Figure FDA0003068967960000069
λ，j∈J，k∈K；
步骤2：求解凸优化问题(B)得到解
Figure FDA00030689679600000610
vk，wj；
步骤3：根据步骤2中的解，更新
Figure FDA00030689679600000611
和
Figure FDA00030689679600000612
步骤4：重复步骤2～3，直到
Figure FDA00030689679600000613
和
Figure FDA00030689679600000614
收敛；
步骤5：更新
Figure FDA00030689679600000615
步骤6:重复步骤2～5，直到λ收敛，得到最优解
Figure FDA00030689679600000616
和
Figure FDA00030689679600000617
分别表示wj和vk对应的最优解。
8.一种通信网络，该通信网络包括基带处理单元池、宏基站MBS、无线远端射频单元RRH、若干个宏蜂窝用户和若干个RRH用户，所述MBS提供广域无线信号覆盖，所述RRH提供热点区域或边缘区域的无线信号覆盖，所述MBS配有大规模天线阵列，所述宏蜂窝用户和所述RRH用户至少配有一根天线，其特征在于：所述通信网络可以实现权利要求1-4或权利要求6-7任一项所述的波束成形方法。
9.根据权利要求8所述的通信网络，其特征在于：MBS配有大规模天线阵列，天线数为TM，RRH配有TR根天线，其中TM＞＞TR。
10.根据权利要求9所述的通信网络，其特征在于：所述天线数TM不少于一百根。
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