【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大规模多输入多输出通信系统，尤其涉及一种基于粒子群优化搜索的快速波束对准方法。
技术介绍
1、大规模多输入多输出通信系统(mimo)是一种基于天线阵列的无线通信技术，它通过使用大量的天线和复杂的信号处理算法来提高系统的频谱效率、可靠性和能量效率。因此，mimo技术在通信与雷达等领域中得到广泛的应用，是现代无线通信系统的核心使能技术之一。凭借显著的分集与复用优势，mimo系统在lte-a，无线局域网(wireless localarea network,wlan)以及全球微波接入互操作性标准中(world interoperability formicrowave access，wimax)中获得广泛应用。并且随着硬件集成化技术的更新迭代，mimo技术也得到了进一步的演进。5g通信标准中的mimo技术包括大规模mimo(massive mimo)和波束赋形(beamforming)等。其中，大规模mimo技术在传统mimo技术的基础上，通过显著增加收发端的天线阵元数目，能够极大提高大规模mimo系统的空间增益，同时降低噪声、衰落以及小区间干扰。相较于传统mimo技术，大规模mimo技术依靠配备大量天线的收发端，可以在等同带宽、相同视频资源的情况下极大提升通信链路的信道容量和频谱效率。而波束赋形技术则依托于大规模mimo通信系统的大规模天线阵列，进一步的扩大mimo系统在频谱效率，信号增益等方面的性能优势。具体而言，波束赋形技术通过控制收发端天线的相位和功率，生成具有高指向性的空间波束，则可以针对特定的用户或者目标方向
2、其中，毫米波技术与大规模mimo技术是相辅相成的。首先，毫米波的波长较短，其对应的天线尺寸较小，便于在小尺寸下部署大量天线，实现大规模mimo集成通信系统；其次，毫米波大规模mimo通信系统可以通过波束赋形/预编码技术提供足够大的波束增益，来补偿毫米波信号在自由空间中的快速衰减与损耗，并建立稳定传输的通信链路。但由于大规模天线阵通过波束赋形生成的空间波束较窄，在对方位置信息未知时，需要通过波束在三维空间中扫描并通过反馈获取到最大接收能量，根据该最大接收能量确定最优的双方波束指向，即波束对准过程。然而，现有通信标准中的波束对准方法，例如遍历扫描方法，分层迭代搜索方法等，仅适用于传统mimo通信系统中波束数目较少的情况。在大规模mimo通信系统中，由于额外的大量天线的引入，波束赋形生成更多的高精度窄波束，因此传统波束对准方法所带来的复杂度无法忍受，故需要研究适用于大规模mimo天线系统的快速波束对准方法。
技术实现思路
1、为解决
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出一种基于粒子群优化搜索的快速波束对准方法。
2、本专利技术提出的一种基于粒子群优化搜索的快速波束对准方法，包括：
3、s1、发射端和接收端分别选取m1(m1＜m)个天线阵元生成多组发送-接收第一波束对，发射端和接收端的天线阵列的数目均为m，第一波束宽度为发射端和接收端的第一波束数目均为k1且
4、s2、遍历扫描多组发送-接收第一波束对以获得多组发送-接收第一波束对对应的第一接收能量矩阵
5、s3、根据第一接收能量矩阵e1以获得多组发送-接收第一波束对中的最优第一波束指向，并基于最优第一波束指向计算出对应的第一发射端角度区域和第一接收端角度区域；
6、s4、发射端和接收端分别选取m2(m1＜m2＜m)个天线阵元生成多组发送-接收第二波束对，并基于第一发射端角度区域和第一接收端角度区域遍历扫描多组发送-接收第二波束对以获得多组发送-接收第二波束对对应的第二接收能量矩阵；第二波束宽度为发射端和接收端的第二波束数目均为k2且
7、s5、根据第二接收能量矩阵e2以获得多组发送-接收第二波束对中的最优第二波束指向，并基于最优第二波束指向计算出对应的第二发射端角度区域和第二接收端角度区域；
8、s6、发射端和接收端分别选取m个天线阵元生成多组发送-接收第三波束对，并在第二发射端角度区域和第二接收端角度区域构成的解空间内采用粒子群优化搜索策略确定最优第三接收能量，以获得最优的发送-接收第三波束对。
9、优选地，第一波束、第二波束、第三波束之间的波束宽度数值关系具体为：第一波束＞第二波束＞第三波束。
10、优选地，步骤s1具体包括：
11、控制发射端以第一波束宽度生成发射第一波束
12、控制接收端以第一波束宽度生成接收第一波束
13、发射端和接收端的第一波束数目均为k1且
14、优选地，步骤s2具体包括：
15、遍历扫描多组发送-接收第一波束对，以获得各个发送-接收第一波束对对应的第一接收能量，并构建第一接收能量矩阵
16、第一接收能量矩阵计算过程如下：
17、e1(θi,φj)＝∫θ∫φptglosst1(θi)r1(φj)dθdφ
18、其中，t1(θi)表示发射端波束指向为θi时的发射端宽波束增益，r1(φj)表示接收端波束指向为φj时的接收端宽波束增益，pt表示发射端的发射功率，gloss为信号传输过程中的链路衰减。
19、优选地，所述最优第一波束指向的计算过程如下：
20、(θbest,φbest)＝argmaxe1(θi,φj)
21、其中，θi为发射端波束指向；φj为接收端波束指向；θbest,φbest为最优第一波束指向；
22、第一发射端角度区域具体为：
23、第一接收端角度区域具体为：
24、优选地，所述发射端和接收端分别选取m2(m1＜m2＜m)个天线阵元生成多组发送-接收第二波束对，具体为：
25、控制发射端以第二波束宽度生成发射第二波束
26、控制接收端以第二波束宽度生成接收第二波束
27、发射端和接收端的第二波束数目均为k2且
28、优选地，所述基于第一发射端角度区域和第一接收端角度区域遍历扫描多组发送-接收第二波束对以获得多组发送-接收第二波束对对应的第二接收能量矩阵具体为：
29、遍历扫描多组发送-接收第二波束对，以获得各个发送-接收第二波束对对应的第二接收能量，并构建第二接收能量矩阵
30、第二接收能量矩阵计算过程如下：
31、e2(θi,φj)＝∫θ∫φptglosst2(θi)r2(φj)dθdφ
32、其中t2(θi)表示发射端波束指向为θi时的发射端窄波束增益，r2(φj)表示接收端波束指向为φj时的接收端窄波束增益，pt表示发射端的发射功率，gloss为信号传输过程中的链路衰减。
33、优选地，所述最优第二波束指向的计算过程如下：
34、(θbest2,φbest2)＝argmaxe2(θi,φj)
35、第二发射端角度区域具体为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于粒子群优化搜索的快速波束对准方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于粒子群优化搜索的快速波束对准方法，其特征在于，第一波束、第二波束、第三波束之间的波束宽度数值关系具体为：第一波束＞第二波束＞第三波束。
3.根据权利要求1所述的基于粒子群优化搜索的快速波束对准方法，其特征在于，步骤S1具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于粒子群优化搜索的快速波束对准方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
5.根据权利要求1所述的基于粒子群优化搜索的快速波束对准方法，其特征在于，所述最优第一波束指向的计算过程如下：
6.根据权利要求1所述的基于粒子群优化搜索的快速波束对准方法，其特征在于，所述发射端和接收端分别选取M2(M1＜M2＜M)个天线阵元生成多组发送-接收第二波束对，具体为：
7.根据权利要求1所述的基于粒子群优化搜索的快速波束对准方法，其特征在于，所述基于第一发射端角度区域和第一接收端角度区域遍历扫描多组发送-接收第二波束对以获得多组发送-接收第二波束对对应的第二接收能量矩阵具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于粒子群优化搜索的快速波束对准方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于粒子群优化搜索的快速波束对准方法，其特征在于，第一波束、第二波束、第三波束之间的波束宽度数值关系具体为：第一波束＞第二波束＞第三波束。
3.根据权利要求1所述的基于粒子群优化搜索的快速波束对准方法，其特征在于，步骤s1具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于粒子群优化搜索的快速波束对准方法，其特征在于，步骤s2具体包括：
5.根据权利要求1所述的基于粒子群优化搜索的快速波束对准方法，其特征在于，所述最优第一波束指向的计算过程如下：
6.根据权利要求1所述的基于粒子群优化搜索的快速波束对准方法，其特征在于，所述发射端和接收端分...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚艳军，程欣迎，王烁，张正宇，章仁飞，郑生华，任伟龙，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：
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