一种基于克拉美罗下界和能效优化的波束赋形方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于克拉美罗下界和能效优化的波束赋形方法及装置，涉及无线通信技术领域。包括：对接收信号进行建模，推导用户接收端信干噪比表达式、角度估计的克拉美罗下界公式；对单用户和多用户情况下分别对进行CRB公式化简，将待求解问题变为凸优化形式；引入权重因子，将CRB和能效作为优化目标，考虑S I NR、发射功率和用户速率要求因素，进行问题求解，完成基于克拉美罗下界和能效优化的波束赋形。本发明专利技术以CRB和能效为目标函数，以满足用户接收信噪比要求和发射功率要求为约束条件，并考虑用户通信速率需求进行问题描述，将其转化为凸优化问题求解，使所求预编码方案实现能在满足服务等级要求基础上以较高准确性和能量效率的绿色通信。效率的绿色通信。效率的绿色通信。

【技术实现步骤摘要】
一种基于克拉美罗下界和能效优化的波束赋形方法及装置


[0001]本专利技术涉及无线通信
，特别是指一种基于克拉美罗下界和能效优化的波束赋形方法及装置。

技术介绍

[0002]近年来随着通信业务量的快速增长，为了提高信道容量以及服务质量，大规模天线阵列的波束赋形相关研究成为关注热点之一。其中，在发射端通过预编码对信号进行处理，使其沿指定方向发射信号，并考虑多信道间的干扰以及噪声影响，是一种有效的波束赋形实现方式。如何通过高效的预编码算法来提高波束赋形的准确性和能效成为研究的重要方向。
[0003]波束赋形是一种基于天线阵列的信号预处理技术，通过不同角度信号的干涉来产生定向波束，以达到减小用户间干扰和提高信道容量的目的。同时，波束赋形能够向指定方向在小范围内发送信号，减少不必要的功率消耗、提高能量效率，是实现绿色通信的有效途径。预编码可以调整发射信号的相位和幅度，进而使特定方向上的电磁信号干涉叠加。常见的线性预编码技术有破零预编码(ZF)，完全消除用户间的干扰和用户内部各数据流之间的干扰，存在加性噪声会被加权放大的问题；最小均方误差预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于克拉美罗下界和能效优化的波束赋形方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对接收信号进行建模，推导用户接收端信干噪比表达式、角度估计的克拉美罗下界公式；S2：对单用户和多用户情况下分别对进行CRB公式化简，将预编码矩阵求解问题变为凸优化形式；S3：引入权重因子重新构造优化目标函数，将CRB和能效作为优化目标，考虑SINR、发射功率和用户速率要求因素，进行问题求解，完成基于克拉美罗下界和能效优化的波束赋形。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述对接收信号进行建模，包括：将接收信号建模为发射信号，所述接收信号经用户接收并返回的信号，根据下述公式(1)计算所述接收信号：Y
R
＝βa(θ)a
H
(θ)X+Z＝βA(θ)X+Z(1)其中，Y
R
表示返回的信号；β为与目标的雷达截面成正比的复振幅；Z为协方差矩阵为的高斯白噪声；发射天线和接收天线导向矢量均为a(θ)；Α(θ)为总的导向矢量。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，推导用户接收端信干噪比表达式包括：用户接收信号为Y
c
＝HX+Z，其中信道矩阵为H＝[h1…
h
K
]；预编码矩阵为W＝[w1…
w
K
w
K+1
…
w
N
]，其中K为总用户数、N为总天线数；则信干噪比SINR表示为如下述公式(2)：4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，推导角度估计的克拉美罗下界公式，包括：得到以角度θ为待估计参数的克拉美罗界CRB公式如下述公式(3)：5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，对单用户和多用户情况下分别对进行CRB公式化简，将待求解问题变为凸优化形式，包括：根据下述公式(4)对单用户的情况表述为；根据下述公式(5)对多用户的情况表述为；
根据SDR算法可知，预编码矩阵的协方差矩阵为W，使用cholesky分解方法得出预编码矩阵W。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，引入权重因子重新构造优化目标函数，将CRB和能效作为优化目标，考虑...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海君，刘向南，袁昕，李浩进，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：