一种用户数据的模拟波束赋形方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种用户数据的模拟波束赋形方法及装置，该模拟波束赋形方法包括：获取各通信链路的上行信道矩阵和下行信道矩阵；根据各通信链路的上行信道矩阵和下行信道矩阵建立模拟波束赋形的目标函数；根据目标函数，生成使各通信链路的最小信干噪比的和最大的模拟波束赋形权值向量；根据模拟波束赋形权值向量，对待发送的用户数据进行模拟波束赋形。本发明专利技术由于考虑了每条通信链路中信干噪比最小的上行链路或下行链路，保证了用户通信资源的公平性，对用户数据进行模拟波束赋形使用的模拟波束赋形权值向量能够使各通信链路的最小信干噪比的和最大，提高了临近空间高空平台通信的传输速率。

【技术实现步骤摘要】
一种用户数据的模拟波束赋形方法及装置
本专利技术涉及无线通信
，具体涉及一种用户数据的模拟波束赋形方法及装置。
技术介绍
由于临近空间HAPS(HighAltitudePlatformStation，高空平台)一般由太阳能电池供电，且需要支持夜间飞行和持续服务，因此HAPS通信系统为功率受限系统，毫米波频段虽然为高速数据传输提供了充足的带宽，但是该频段的电磁波在空间传输中衰减严重，因此需要大规模天线阵列和波束赋形技术提供充足的赋形增益弥补高频通信带来的信号衰减。但是，如果在大规模天线阵列中应用传统的数字波束赋形技术，则需要大量的射频链(RFchain)实现基带加权处理，功耗高，不适用于功率受限的HAPS通信系统。因此，为了提供可靠的通信传输和提高HAPS通信的信道容量，需要提供一种适合的模拟波束赋形技术方案来满足毫米波临近空间通信的需求。现有的模拟波束赋形方法基于码本和收发信机之间的信令交互完成权值确定，复杂度较低但是增加了信令开销，降低了通信系统的传输速率。因此，如何提高通信系统的传输速率成为亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术实施例提出了一种用户数据的模拟波束赋形方法及装置，用以解决现有模拟波束赋形方法降低了通信系统的传输速率的问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术第一方面，提供了一种用户数据的模拟波束赋形方法，该模拟波束赋形方法包括：获取各通信链路的上行信道矩阵和下行信道矩阵；根据所述各通信链路的上行信道矩阵和下行信道矩阵建立模拟波束赋形的目标函数；根据所述目标函数，生成使所述各通信链路的最小信干噪比的和最大的模拟波束赋形权值向量；根据所述模拟波束赋形权值向量，对待发送的用户数据进行模拟波束赋形。结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述目标函数为：其中，表示上行链路的信干噪比，表示下行链路的信干噪比，L表示用户对数或赋形波束个数，表示第l个赋形波束的模拟波束赋形权值向量，表示第l′个赋形波束的模拟波束赋形权值向量，表示第j个赋形波束的模拟波束赋形权值向量，hu,l表示第l个赋形波束的上行信道矩阵，hu,j表示第j个赋形波束的上行信道矩阵，hd,l表示第l个赋形波束的下行信道矩阵，Pl′表示第l′个赋形波束的功率，Pj表示第j个赋形波束的功率，和分别表示上行链路和下行链路的噪声功率；所述目标函数的第一约束条件为：其中，Pl表示第l个赋形波束的功率，PHAPS表示临近空间高空平台的最大功率，β表示用户接收机的干扰门限值，M表示临近空间高空平台的存储因子，Nt表示临近空间高空平台的天线数。结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，根据所述目标函数，生成使所述各通信链路的最小信干噪比的和最大的模拟波束赋形权值向量，包括：采用上图法简化所述目标函数，对简化后的目标函数增加第二约束条件；采用半定松弛法对所述第一约束条件和所述第二约束条件进行简化，得到简化后的约束条件；采用内点法和二分法对所述简化后的约束条件进行求解，得到模拟波束赋形权值向量的可行松弛矩阵；对所述可行松弛矩阵进行特征分解，得到所述模拟波束赋形权值向量。结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，采用上图法简化所述目标函数，对简化后的目标函数增加第二约束条件，包括：采用上图法将所述目标函数简化为：对所述简化后的目标函数增加第二约束条件：其中，γ表示上行链路和下行链路信干噪比的共同下界。结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，采用半定松弛法对所述第一约束条件和所述第二约束条件进行简化，得到的简化后的约束条件为：其中，Wl表示第l个赋形波束的模拟波束赋形权值向量的可行松弛矩阵，Wl′表示第l′个赋形波束的模拟波束赋形权值向量的可行松弛矩阵，Wj表示第j个赋形波束的模拟波束赋形权值向量的可行松弛矩阵，Hu，l和Hd，l分别表示第l个赋形波束的上行信道矩阵和下行信道矩阵的等效信道矩阵，结合第一方面第四实施方式，在第一方面第五实施方式中，采用内点法和二分法对所述简化后的约束条件进行求解，得到模拟波束赋形权值向量的可行松弛矩阵，包括：步骤S331：根据所述信干噪比的预设上界和预设下界确定第一信干噪比；步骤S332：将所述第一信干噪比替换所述简化后的约束条件中的所述上行链路和下行链路信干噪比的共同下界，采用内点法对所述简化后的约束条件进行求解；步骤S333：判断是否存在所述第一信干噪比对应的满足所述简化后的约束条件的可行解，当存在所述可行解时，执行步骤S334；步骤S334：使用所述第一信干噪比更新所述信干噪比的预设下界；步骤S335：判断所述信干噪比的当前预设上界与预设下界的差值是否小于预设值，当所述信干噪比的当前预设上界与预设下界的差值小于预设值时，执行步骤S336；步骤S336：记录当前可行松弛矩阵。结合第一方面第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，当不存在所述可行解时，使用所述第一信干噪比更新所述信干噪比的预设上界，根据所述信干噪比的当前预设上界和预设下界更新所述第一信干噪比，返回所述步骤S332。结合第一方面第五实施方式，在第一方面第七实施方式中，当所述信干噪比的当前预设上界与预设下界的差值大于或等于所述预设值时，根据所述信干噪比的当前预设上界和预设下界更新所述第一信干噪比，返回所述步骤S332。结合第一方面第五至第七实施方式中任一实施方式，在第一方面第八实施方式中，对所述可行松弛矩阵进行特征分解，得到所述模拟波束赋形权值向量，包括：对所述可行松弛矩阵进行特征分解，得到特征分解结果其中，矩阵Xl表示所述可行松弛矩阵的特征向量构成的矩阵，矩阵Yl表示所述可行松弛矩阵的特征值构成的对角矩阵；根据所述矩阵Yl中的最大特征值，得到所述最大特征值对应的Xl中的特征向量xl；根据以下公式得到所述模拟波束赋形权值向量：本专利技术第二方面，提供了一种用户数据的模拟波束赋形装置，该模拟波束赋形装置包括：信息获取模块，用于获取各通信链路的上行信道矩阵和下行信道矩阵；目标函数建立模块，用于根据所述各通信链路的上行信道矩阵和下行信道矩阵建立模拟波束赋形的目标函数；权值向量生成模块，用于根据所述目标函数，生成使所述各通信链路的最小信干噪比的和最大的模拟波束赋形权值向量；波束赋形模块，用于根据所述模拟波束赋形权值向量，对待发送的用户数据进行模拟波束赋形。本专利技术第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行本专利技术第一方面或第一方面任一实施方式所述的模拟波束赋形方法。本专利技术第四方面，提供了一种用户数据的模拟波束赋形设备，该模拟波束赋形设备包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行本专利技术第一方面或第一方面任一实施方式所述的模拟波束赋形方法。本专利技术技术方案，与现有技术相比，至少具有如下优点：本专利技术实施例提供了一种用户数据的模拟波束赋形方法及装置，该模拟波束赋形方法中，根据各通信链路的上行信道矩阵和下行信道矩阵建立模拟波束赋形的目标函数，生成使各通信链路的最小信干噪比的和最大的模拟波束赋形权值向量，根据该模拟波束赋形权值向量，对待发送的用户数据进行模拟波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用户数据的模拟波束赋形方法，其特征在于，包括：获取各通信链路的上行信道矩阵和下行信道矩阵；根据所述各通信链路的上行信道矩阵和下行信道矩阵建立模拟波束赋形的目标函数；根据所述目标函数，生成使所述各通信链路的最小信干噪比的和最大的模拟波束赋形权值向量；根据所述模拟波束赋形权值向量，对待发送的用户数据进行模拟波束赋形。

【技术特征摘要】
2018.08.08 CN 20181089510751.一种用户数据的模拟波束赋形方法，其特征在于，包括：获取各通信链路的上行信道矩阵和下行信道矩阵；根据所述各通信链路的上行信道矩阵和下行信道矩阵建立模拟波束赋形的目标函数；根据所述目标函数，生成使所述各通信链路的最小信干噪比的和最大的模拟波束赋形权值向量；根据所述模拟波束赋形权值向量，对待发送的用户数据进行模拟波束赋形。2.根据权利要求1所述的模拟波束赋形方法，其特征在于，所述目标函数为：其中，表示上行链路的信干噪比，表示下行链路的信干噪比，L表示用户对数或赋形波束个数，表示第l个赋形波束的模拟波束赋形权值向量，表示第l′个赋形波束的模拟波束赋形权值向量，表示第j个赋形波束的模拟波束赋形权值向量，hu,l表示第l个赋形波束的上行信道矩阵，hu,j表示第j个赋形波束的上行信道矩阵，hd,l表示第l个赋形波束的下行信道矩阵，Pl′表示第l′个赋形波束的功率，Pj表示第j个赋形波束的功率，和分别表示上行链路和下行链路的噪声功率；所述目标函数的第一约束条件为：其中，Pl表示第l个赋形波束的功率，PHAPS表示临近空间高空平台的最大功率，β表示用户接收机的干扰门限值，M表示临近空间高空平台的存储因子，Nt表示临近空间高空平台的天线数。3.根据权利要求2所述的模拟波束赋形方法，其特征在于，根据所述目标函数，生成使所述各通信链路的最小信干噪比的和最大的模拟波束赋形权值向量，包括：采用上图法简化所述目标函数，对简化后的目标函数增加第二约束条件；采用半定松弛法对所述第一约束条件和所述第二约束条件进行简化，得到简化后的约束条件；采用内点法和二分法对所述简化后的约束条件进行求解，得到模拟波束赋形权值向量的可行松弛矩阵；对所述可行松弛矩阵进行特征分解，得到所述模拟波束赋形权值向量。4.根据权利要求3所述的模拟波束赋形方法，其特征在于，采用上图法简化所述目标函数，对简化后的目标函数增加第二约束条件，包括：采用上图法将所述目标函数简化为：对所述简化后的目标函数增加第二约束条件：其中，γ表示上行链路和下行链路信干噪比的共同下界。5.根据权利要求4所述的模拟波束赋形方法，其特征在于，采用半定松弛法对所述第一约束条件和所述第二约束条件进行简化，得到的简化后的约束条件为：其中，Wl表示第l个赋形波束的模拟波束赋形权值向量的可行松弛矩阵，Wl′表示第l′个赋形波束的模拟波束赋形权值向量的可行松弛矩阵，Wj表示第j个赋形波束的模拟波束赋形权值向量的可行松弛矩阵，Hu,l和Hd,l分别表示第l个赋形波束的上行信道矩阵和下行信道矩阵的等效信道矩阵，6.根据权利要求5所述的模拟波束赋形方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆阳，李建岐，张东磊，安春燕，崔高峰，童建飞，王婷婷，王卫东，邵炜平，马平，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，北京邮电大学，国网浙江省电力有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11