无线通信系统的波束成形方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种无线通信系统的波束成形方法、装置及存储介质，属于波束成形的技术领域；其方法包括获取通信数据的波束方向；基于所述波束方向，从低主瓣增益波动的码本中调取指向方向与所述波束方向对应的码字，所述低主瓣增益波动的码本基于毫米波大规模阵列的阵列参数所构建的迭代参数进行迭代求解获得的；基于所述码字进行波束成形。由于码本为低主瓣增益波动的码本，因此在波束方向与实际波束方向之间有偏差时，仍然能够得到与实际波束成形增益较为接近的波束成形增益，提高了数据链路的鲁棒性，从而提高了无线通信系统的鲁棒性。的鲁棒性。的鲁棒性。

Beam forming method, device and storage medium of wireless communication system

【技术实现步骤摘要】
无线通信系统的波束成形方法、装置及存储介质


[0001]本专利技术涉及一种波束成形
，尤其涉及一种无线通信系统的波束成形方法、装置及存储介质。

技术介绍

[0002]波束成形是天线技术与数字信号处理技术的结合，用于定向信号的传输或接收。波束成形技术必须采用多天线系统，即无线通信系统中包含有多个天线，构成大规模阵列，而后方可进行波束成形。因波束成形改善了信噪比，提高了信号质量，得到了广泛使用。
[0003]但由于大规模阵列的天线个数较多，在波束成形过程中，直接估计获得完整的信道状态矩阵计算量大，因此通常采用基于码本的模拟波束成形策略。具体的，先预设一些指向空间中特定方向的码字，所有码字集合组成码本。而后估计来波方向，在码本中查找指向该来波方向的码字即可，使复杂的矩阵计算转换为码本中的查找问题，降低了计算的复杂度。同时，由于每个码字的指向具有一定主瓣范围，即码字主瓣的空间覆盖范围。只要实际来波方向位于所选码字的主瓣范围内，均能够获得较高的波束成形增益，保证了无线通信系统的鲁棒性。
[0004]在每个码字的主瓣范围内，波束成形增益均有所波动，如图1所示，纵坐标为波束增益，纵坐标的最大值为最大增益，最大增益减去3dB为最小主瓣增益，能够满足波束增益不小于最小主瓣增益的方向角度范围是主瓣范围。假设估计的来波方向为1方向，而实际的来波方向为2方向，由于1方向的波束成形增益与2方向的波束成形增益差值较大，因此实际得到的波束成形增益仍然较低。由此可知，码字在其主瓣范围内的波束成形增益平坦度尤为重要。为了将码字的主瓣增益，即主瓣范围内的波束成形增益维持在一恒定值，降低主瓣增益的波动，现有技术中采取预先定义主瓣增益，而后在主瓣范围内求解最小化实际增益与定义的主瓣增益之差，降低主瓣增益的波动。但由于主瓣增益是预先定义的，即固定值，而移相器的固定幅度约束又是一个非凸约束，因此需要松弛移相器的固定幅度约束，再转化为凸问题求解。固定的主瓣增益使得此种算法性能对设定的主瓣增益非常敏感，导致算法的鲁棒性下降，影响了无线通信数据链路的鲁棒性，进而降低了无线通信系统的鲁棒性。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种无线通信系统的波束成形方法、装置及存储介质，用于解决现有技术中的无线通信系统鲁棒性差的问题。为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本专利技术提出一种无线通信系统的波束成形方法、装置及存储介质，第一方面：
[0006]一种无线通信系统的波束成形方法，包括：
[0007]获取通信数据的波束方向；
[0008]基于所述波束方向，从低主瓣增益波动的码本中调取指向方向与所述波束方向对应的码字，所述低主瓣增益波动的码本基于毫米波大规模阵列的阵列参数所构建的迭代参数进行迭代求解获得的；
[0009]基于所述码字进行波束成形。
[0010]优选地，在获取通信数据的波束方向之后，还包括：
[0011]在未储存有所述低主瓣增益波动的码本时，生成所述低主瓣增益波动的码本；所述迭代参数包括平均增益变量、旋转矩阵变量、第一辅助变量和第二辅助变量；
[0012]所述生成所述低主瓣增益波动的码本的步骤包括：
[0013]获取毫米波大规模阵列的所述阵列参数；所述阵列参数包括码字指向角度、主瓣范围、大规模阵列的天线数和移相器的分辨率；
[0014]基于所述阵列参数构建所述平均增益变量、所述旋转矩阵变量、所述第一辅助变量和所述第二辅助变量；
[0015]对所述第一辅助变量、所述旋转矩阵变量、所述平均增益变量和所述第二辅助变量依次迭代求解；
[0016]在满足预设的迭代条件后，根据迭代结果生成码字并形成所述低主瓣增益波动的码本。
[0017]优选地，所述对所述第一辅助变量、所述旋转矩阵变量、所述平均增益变量和所述第二辅助变量依次迭代求解的步骤包括：
[0018]利用所述第一辅助变量、所述旋转矩阵变量、所述平均增益变量和所述第二辅助变量构建优化条件；
[0019]基于所述优化条件按轮次对所述第一辅助变量、所述旋转矩阵变量、所述平均增益变量和所述第二辅助变量依次迭代求解。
[0020]优选地，所述利用所述第一辅助变量、所述旋转矩阵变量、所述平均增益变量和所述第二辅助变量构建优化条件的步骤包括：
[0021]基于上轮第一辅助变量、上轮旋转矩阵变量、上轮平均增益变量和上轮第二辅助变量得到第一优化条件KKT；
[0022]所述基于所述优化条件按轮次对所述第一辅助变量、所述旋转矩阵变量、所述平均增益变量和所述第二辅助变量依次迭代求解的步骤包括：
[0023]从所述第一优化条件中获得满足可行域的最小第一辅助变量，将所述最小第一辅助变量赋予给本轮第一辅助变量；
[0024]在未从所述第一优化条件中获得满足所述可行域的所述第一辅助变量时，将所述上轮第一辅助变量赋予给本轮第一辅助变量；
[0025]将所述第一优化条件中的所述上轮第一辅助变量替换为所述本轮第一辅助变量，得到第二优化条件；
[0026]基于所述第二优化条件获得本轮旋转矩阵变量；
[0027]将所述第二优化条件中的所述上轮旋转矩阵变量替换为所述本轮旋转矩阵变量，得到第三优化条件；
[0028]从所述第三优化条件中获得最小平均增益变量，将所述最小平均增益变量赋予给本轮平均增益变量；
[0029]基于所述上轮第二辅助变量、所述本轮平均增益变量和所述本轮旋转矩阵变量获得本轮第二辅助变量，并完成本轮迭代；
[0030]在未满足所述迭代条件时进行下一轮迭代求解步骤。
[0031]优选地，所述基于所述第二优化条件获得本轮旋转矩阵变量的步骤包括：
[0032]从所述第二优化条件中获得最小旋转矩阵变量，并将所述最小旋转矩阵变量赋予给当前初始旋转矩阵变量；
[0033]根据所述当前初始旋转矩阵变量交替求取最小序列值和最小双积值；
[0034]在满足预设的交替条件后，得到所述本轮旋转矩阵变量。
[0035]优选地，所述基于上轮第一辅助变量、上轮旋转矩阵变量、上轮平均增益变量和上轮第二辅助变量得到第一优化条件的步骤包括：
[0036]根据所述上轮第二辅助变量、所述上轮平均增益变量和所述上轮旋转矩阵变量得到实部中间量；
[0037]根据所述上轮第二辅助变量、所述上轮平均增益变量和所述上轮旋转矩阵变量得到虚部中间量；
[0038]根据所述上轮第一辅助变量、所述实部中间量和所述虚部中间量得到所述第一优化条件。
[0039]优选地，所述优化条件中包含有步长；
[0040]在所述从所述第三优化条件中获得最小平均增益变量，将所述最小平均增益变量赋予给本轮平均增益变量之后，还包括：
[0041]根据所述本轮平均增益变量和所述本轮旋转矩阵变量得到第一步长中间量；
[0042]根据上轮平均增益变量和所述上轮旋转矩阵变量得到第二步长中间量；
[0043]将所述第一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线通信系统的波束成形方法，其特征在于，包括：获取通信数据的波束方向；基于所述波束方向，从低主瓣增益波动的码本中调取指向方向与所述波束方向对应的码字，所述低主瓣增益波动的码本基于毫米波大规模阵列的阵列参数所构建的迭代参数进行迭代求解获得的；基于所述码字进行波束成形。2.如权利要求1所述的无线通信系统的波束成形方法，其特征在于，在获取通信数据的波束方向之后，还包括：在未储存有所述低主瓣增益波动的码本时，生成所述低主瓣增益波动的码本；所述迭代参数包括平均增益变量、旋转矩阵变量、第一辅助变量和第二辅助变量；所述生成所述低主瓣增益波动的码本的步骤包括：获取毫米波大规模阵列的所述阵列参数；所述阵列参数包括码字指向角度、主瓣范围、大规模阵列的天线数和移相器的分辨率；基于所述阵列参数构建所述平均增益变量、所述旋转矩阵变量、所述第一辅助变量和所述第二辅助变量；对所述第一辅助变量、所述旋转矩阵变量、所述平均增益变量和所述第二辅助变量依次迭代求解；在满足预设的迭代条件后，根据迭代结果生成码字并形成所述低主瓣增益波动的码本。3.如权利要求2所述的无线通信系统的波束成形方法，其特征在于，所述对所述第一辅助变量、所述旋转矩阵变量、所述平均增益变量和所述第二辅助变量依次迭代求解的步骤包括：利用所述第一辅助变量、所述旋转矩阵变量、所述平均增益变量和所述第二辅助变量构建优化条件；基于所述优化条件按轮次对所述第一辅助变量、所述旋转矩阵变量、所述平均增益变量和所述第二辅助变量依次迭代求解。4.如权利要求3所述的无线通信系统的波束成形方法，其特征在于，所述利用所述第一辅助变量、所述旋转矩阵变量、所述平均增益变量和所述第二辅助变量构建优化条件的步骤包括：基于上轮第一辅助变量、上轮旋转矩阵变量、上轮平均增益变量和上轮第二辅助变量得到第一优化条件；所述基于所述优化条件按轮次对所述第一辅助变量、所述旋转矩阵变量、所述平均增益变量和所述第二辅助变量依次迭代求解的步骤包括：从所述第一优化条件中获得满足可行域的最小第一辅助变量，将所述最小第一辅助变量赋予给本轮第一辅助变量；在未从所述第一优化条件中获得满足所述可行域的所述第一辅助变量时，将所述上轮第一辅助变量赋予给本轮第一辅助变量；将所述第一优化条件中的所述上轮第一辅助变量替换为所述本轮第一辅助变量，得到第二优化条件；
基于所述第二优化条件获得本轮旋转矩阵变量；将所述第二优化条件中的所述上轮旋转矩阵变量替换为所述本轮旋转矩阵变量，得到第三优化条件；从所述第三优化条件中获得最小平均增益变量，将所述最小平均增益变量赋予给本轮平均增益变量；基于所述上轮第二辅助变量、所述本轮平均增益变量和所述本轮旋转矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑福春，许可，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：