阵列天线中的低旁瓣波束设计方法技术

本发明专利技术公开了一种阵列天线中的低旁瓣波束设计方法，主要解决现有技术在降低旁瓣的同时牺牲主瓣增益，使得波束主瓣展宽的问题，其实现方案是：基于天线阵列结构和用户角度计算出初始波束；根据初始波束构建出低旁瓣目标波束；设计新的天线加权矢量，使得其对应的波束逼近低旁瓣波束，同时给波束主瓣增益加以约束，从而构建出优化问题；通过求解优化问题，得到最佳天线加权矢量，进而得到低旁瓣波束。本发明专利技术能在有效降低波束旁瓣的同时保证波束主瓣增益，即能在减小用户间干扰的同时保证目标用户的接收功率，可用于大规模多输入多输出系统。

【技术实现步骤摘要】
阵列天线中的低旁瓣波束设计方法
本专利技术属于通信
，具体涉及一种低旁瓣波束设计方法，可用于大规模多输入多输出系统。
技术介绍
在5GMassiveMIMO系统中，多用户波束赋形技术是近来研究的一个热点。如何设计出合适的天线加权矢量，即设计出合适的波束，这方面的问题受到越来越多研究者的关注。多用户波束赋形的主要目的是最大化每个用户接收功率的同时，尽可能的降低其他用户的干扰功率，最终提升系统的容量。这个目标在波束图上的体现为，波束主瓣要指向目标用户，并且主瓣增益要尽可能的大；同时，旁瓣要尽可能地小，这样才能使得目标用户在接收功率最大化的同时受到其他用户的干扰最小。理论研究表明，一旦均匀线阵的天线间距和天线数目确定，该阵列的波束主瓣高度、主瓣宽度以及旁瓣位置都会确定，见《优化阵列信号处理》，科学出版社2018年3月。因此如果不对波束旁瓣进行处理，只是使得目标用户的接收功率最大，就会造成用户间的干扰变得非常大，从而导致系统容量的下降。为了降低用户间的干扰，即降低波束的旁瓣增益，目前有许多降旁瓣的方法，例如切比雪夫加窗、汉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阵列天线中的低旁瓣波束设计方法，其特征在于，包括如下：/n(1)根据物理天线阵列结构，结合用户方位角度信息，得到初始的天线加权矢量p，计算出用户的初始波束F；/n(2)根据初始波束F，得到所要设计的目标低旁瓣波束β；/n(3)设计新的天线加权矢量w，使得该天线加权矢量对应的信号波束逼近目标低旁瓣波束β，即使得设计波束与目标波束的均方误差最小，达到降旁瓣的效果:/n

【技术特征摘要】
1.一种阵列天线中的低旁瓣波束设计方法，其特征在于，包括如下：
(1)根据物理天线阵列结构，结合用户方位角度信息，得到初始的天线加权矢量p，计算出用户的初始波束F；
(2)根据初始波束F，得到所要设计的目标低旁瓣波束β；
(3)设计新的天线加权矢量w，使得该天线加权矢量对应的信号波束逼近目标低旁瓣波束β，即使得设计波束与目标波束的均方误差最小，达到降旁瓣的效果:



其中，A为天线阵列导向矩阵，||·||2为求二范数操作，(·)H为共轭转置；
(4)在逼近目标波束即降旁瓣的同时，给主瓣加上如下约束，以保证波束主瓣增益：
wHa(θk)＝α<2>
其中，θk为用户的主瓣指向，1≤k≤M，M为天线阵列平面内总的角度个数，a(θk)为天线阵列在θk角度对应的阵列导向矢量，α为主瓣的增益约束；
(5)结合式<1>和式<2>，构建出最终的优化问题：



(6)对式<3>的优化问题求解得到最佳的天线加权矢量w'，由天线加权矢量w'和天线阵列导向矩阵A，求得所设计的低旁瓣波束Q：
Q＝(w')HA。<4>


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(1)中得到初始的天线加权矢量p，和计算出用户的初始波束F，分别表示如下；
p＝a(θk)
F＝pHA＝[F(θ1),…,F(θk)...

【专利技术属性】
技术研发人员：任光亮，丁晟，王奇伟，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61