本发明专利技术提供一种基于可变步长的一比特反馈协作波束成形方法，充分利用可变步长对扰动幅值和校正因子大小进行调整，加快系统收敛速度。当协作节点间相位差较大时，保持扰动幅值；当相位差小于扰动幅值时，及时减小扰动幅值；当随机扰动成功时，校正因子加大校正力度，加快收敛速度；当随机扰动失效时，校正因子更新为上一时隙随机扰动的相反值，用于纠正扰动方向。本发明专利技术通过机动性控制扰动幅值和校正因子的步长，加快系统的收敛速度，使扰动的正确率更高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信技术，特别涉及基于可变步长的一比特反馈协作波束成形技术。技术背景波束成形是天线技术与数字信号处理技术的结合，目的用于定向信号传输或接收。在信号的接收或发送端，通过对多天线阵元的各路信号加权合成，形成所需要的理想信号。从天线方向图(pattern)角度看，相当于形成了指定方向上的波束。对天线阵元反馈进行幅度与相位的调整，形成所需形状的方向图。波束成形适用于多天线系统，尤其在MIMO系统中。尽管MIMO技术已被认为是新一代无线通信的关键技术之一，然而在多数实际无线通信系统中，只在基站端配置多跟天线。移动便携终端、自组织网络节点等受自身尺寸、功率和其他实现因素的限制,难以配置较多的天线单元。因此，MIMO技术广泛应用受到很大程度的限制。从而分布式多天线系统，即“协作通信”成为了一个很有效的代替技术。协作波束成形也被称为分布式波束成形(Distributed Beamforming)或网络波束成形(Network Beamforming)。协作波束成形的基本思想是当链路的全局CSI已知时，通过调整协作节点发送信号的复权值来形成一个对准目的节点的虚拟波束，从而获取协作分集。协作权值计算是协作波束成形技术的重点与难点。目前，协作波束成形中的权值算法主要有两种：一种是通过分布式计算的方法来实现权值的计算，即协作节点间的信息交互；另一种是利用反馈机制实现权值的计算，即通过所有参与波束成形的节点与目标节点的交互来动态调整本地的权值并使其收敛。第一种方法由于协作节点间交互的信息量过大、开销过高以及对信道信息要求过高而导致实现难度较大。第二种方法对协作节点和信道信息的要求不高，可行性更高，其中基于一比特反馈的协作波束成形是研究得比较多的一种方法。下列文献介绍了现有的基于一比特反馈协作波束成形方法：[1]Mudumbai R,Hespanha J,Madhow U,et al.Scalable feedback control for distributed beamforming in sensor networks[C]//Information Theory,2005.ISIT 2005.Proceedings.International Symposium on.IEEE,2005:137-141.[2]Song S,Thompson J S,Chung P J,et al.Improving the one-bit feedback algorithm for distributed beamforming[C]//Wireless Communications and Networking Conference(WCNC),2010IEEE.IEEE,2010:1-6.[3]Song S,Thompson J S.One-bit feedback algorithm with decreasing step size for distributed beamforming[C]//Cognitive Wireless Systems(UKIWCWS),2010Second UK-India-IDRC International Workshop on.IEEE,2010:1-5.[4]专利“一种基于方向扰动的1bit反馈协作波束赋形的方法”.中国专利，公开号：CN104243007A，公告日：2014-12-24.文献[1]第一次提出通过在协作节点的权值相位加一个随机扰动，从而实现相位对齐，使目的节点的RSS(接收信号强度)达到最大。扰动为根据反馈信息，在原相位基础上添加的一个修正值。目的节点每次反馈给协作节点1bit信息，但只有反馈1时协作节点才对权值扰动操作，从而导致收敛速度过慢。文献[2]与文献[4]对上一种方法进行了改进，收敛速度得到很大提升，但对随机扰动的幅值要求比较大，当相位差较小时，大幅值的扰动反而会降低收敛速度甚至阻止收敛进程。文献[3]对扰动步长进行了研究，通过实时监测反馈信息来调整随机扰动幅值的大小，尤其相位差变小时，减小扰动幅值有利于正确的扰动，存在的问题是收敛速度过慢。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种加快系统的收敛速的基于可变步长的一比特反馈波束成形方法。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种基于可变步长的一比特反馈协作波束成形方法，包括以下步骤：步骤1时隙n协作节点i使用自适应相位权值φi[n]参与波束成形，并向目标节点发送波束；自适应相位权值为φi[n]＝θi[n]+δi[n]+τi[n]；θi[n]为协作节点i在时隙n的相位权值、δi[n]为协作节点i在时隙n的扰动幅值、τi[n]为协作节点i在时隙n的校正因子；之后，进入步骤2；步骤2时隙n协作节点i根据接收目标节点反馈的控制信息来更新连续失败扰动的次数Cf，若反馈的控制信息表示扰动成功，设置连续失败扰动的次数Cf＝0，调整下一个时隙n+1的相位权值θi[n+1]＝φi[n]与校正因子τi[n+1]＝(1/RD)·τi[n]，RD表示缩放因子，0≤RD≤1；之后，进入步骤3；若反馈的控制信息表示扰动失败，Cf＝Cf+1；连续失败扰动的次数Cf更新后，将连续失败扰动的次数与连续失败扰动的上限Ct进行比较，当Cf＜Ct，则保持当前扰动幅值不
变，当Cf≥Ct时，更新扰动幅值δ0＝RD·δ0后，再更新连续失败扰动的次数Cf为0；调整下一个时隙n+1的相位权值θi[n+1]＝θi[n]与校正因子τi[n+1]＝-δi[n]；之后，进入步骤3；步骤3是否收到目标节点发送的确认信息，如是，协作节点保持当前状态并发送后续数据信息，否则更新时隙n＝n+1，返回步骤1。本专利技术充分利用可变步长对扰动幅值和校正因子大小进行调整，加快系统收敛速度。当协作节点间相位差较大时，保持扰动幅值；当相位差小于扰动幅值时，及时减小扰动幅值；当随机扰动成功时，校正因子加大校正力度，加快收敛速度；当随机扰动失效时，校正因子更新为上一时隙随机扰动的相反值，用于纠正扰动方向。本专利技术的有益效果是，通过机动性控制扰动幅值和校正因子的步长，加快系统的收敛速度，使扰动的正确率更高。尤其相位差较小时，减小扰动幅值和调整校正因子对加快收敛具有显著效果。附图说明图1是本专利技术的系统模型图；图2是本专利技术实施例和对比例在δ0＝π/25收敛速度对比图；图3是本专利技术实施例和对比例在δ0＝π/200收敛速度对比图；图4是本专利技术实施例和对比例收敛最小时隙对比图；图5是本专利技术实施例和对比例相对于文献[1]增益对比图。具体实施方式本专利技术基于可变步长的一比特反馈协作波束成形的方法包含以下步骤：步骤1：模型建立：设共有N+1个节点，其中协作节点数为N，目标节点数为1。步骤2：系统参数初始化：设n代表时隙，初始时隙n＝ninit，且θi[n]＝θi-init，δi[n]＝±δ0，τi[n]＝τi-init，RSS[n]＝RSSi-init≥0，其中ninit，θi-init，τi-init，RSSi-init均为初始值。θi[n]是协作节点i在时隙n的相位权值；δi[n]是协作节点i在时隙n的扰动幅值，且等概率取值±δ0；本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于可变步长的一比特反馈协作波束成形方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1时隙n协作节点i使用自适应相位权值φi[n]参与波束成形，并向目标节点发送波束；自适应相位权值为φi[n]＝θi[n]+δi[n]+τi[n]；θi[n]为协作节点i在时隙n的相位权值、δi[n]为协作节点i在时隙n的扰动幅值、τi[n]为协作节点i在时隙n的校正因子；之后，进入步骤2；步骤2时隙n协作节点i根据接收目标节点反馈的控制信息来更新连续失败扰动的次数Cf，若反馈的控制信息表示扰动成功，设置连续失败扰动的次数Cf＝0，调整下一个时隙n+1的相位权值θi[n+1]＝φi[n]与校正因子τi[n+1]＝(1/RD)·τi[n]，RD表示缩放因子，0≤RD≤1；之后，进入步骤3；若反馈的控制信息表示扰动失败，Cf＝Cf+1；连续失败扰动的次数Cf更新后，将连续失败扰动的次数与连续失败扰动的上限Ct进行比较，当Cf<Ct，则保持当前扰动幅值不变，当Cf≥Ct时，更新扰动幅值δ0＝RD·δ0后，再更新连续失败扰动的次数Cf为0；调整下一个时隙n+1的相位权值θi[n+1]＝θi[n]与校正因子τi[n+1]＝‑δi[n]；之后，进入步骤3；步骤3是否收到目标节点发送的确认信息，如是，协作节点保持当前状态并发送后续数据信息，否则更新时隙n＝n+1，返回步骤1。...
【技术特征摘要】
1.一种基于可变步长的一比特反馈协作波束成形方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1时隙n协作节点i使用自适应相位权值φi[n]参与波束成形，并向目标节点发送波束；自适应相位权值为φi[n]＝θi[n]+δi[n]+τi[n]；θi[n]为协作节点i在时隙n的相位权值、δi[n]为协作节点i在时隙n的扰动幅值、τi[n]为协作节点i在时隙n的校正因子；之后，进入步骤2；步骤2时隙n协作节点i根据接收目标节点反馈的控制信息来更新连续失败扰动的次数Cf，若反馈的控制信息表示扰动成功，设置连续失败扰动的次数Cf＝0，调整下一个时隙n+1的相位权值θi[n+1]＝φi[n]与校正因子τi[n+1]＝(1/RD)·τi[n]，RD表示缩放因子，0≤RD≤1；之后，进入步骤3；若反馈的控制信息表示扰动失败，Cf＝Cf+1；连续失败扰动的次数Cf更新后，将连续失败扰动的次数与连续失败扰动的上限Ct进行比较，当Cf<Ct，则保持当前扰动幅值不变，当Cf≥Ct时，更新扰动幅值δ0＝RD·δ0后，再更新连续失败扰动的次数Cf为0；调整下一个时隙n+1的相位权值θi[n+1]＝θi[n]与校正因子τi[n+1]＝-δi[n]；之后，进入步骤3；步骤3是否收到目标节点发送的确认信息，如是，协作节点保持当前状态并发送后续数据信息，否则更新时隙n＝n+1，返回步骤1。2.如权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘冬，杨海芬，范禹涛，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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