System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 通信系统中用于波束成形的通信设备技术方案_技高网

通信系统中用于波束成形的通信设备技术方案

技术编号:44469653 阅读:0 留言:0更新日期:2025-03-04 17:40
本发明专利技术涉及一种用于通信系统(500)的通信设备(100)。所述通信设备(100)包括设置在天线孔径(130)中的天线振子集合(120),所述天线孔径(130)也可以表示为整体表面。所述通信设备(100)基于耦合矩阵确定变换矩阵,所述耦合矩阵包括所述天线振子集合(120)中的每个天线振子之间的耦合系数。通过将所述变换矩阵与第一波束成形矩阵相乘,获得了第二波束成形矩阵。基于所述第二波束成形矩阵,所述通信设备(100)通过所述天线振子集合(120)在无线信道中传输通信信号。从而提供了改进的波束成形增益。所述通信设备(100)可以为网络接入节点或客户端设备。此外,本发明专利技术还涉及相应方法和计算机程序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

本专利技术实施例涉及一种通信系统中用于波束成形的通信设备。此外,本专利技术还涉及相应方法和计算机程序。


技术介绍

1、大规模mimo技术是3gpp 5g新空口(new radio,nr)的关键组成部分之一,与前几代相比,该技术提升了无线通信系统的性能。尽管如此,为满足高速率要求,6g及以后的技术仍在寻求进一步提升。在这一技术路线中,全息无线被认为是大规模mimo的下一步技术。

2、连续表面被认为可以实现全息无线链路。例如,提出了具有连续表面的视距(line-of-sight,los)全息无线信道的简单数学模型。据报告,在los链路中,该数学模型相对于传统大规模mimo系统的功率增益为数倍db。实现接近连续全息表面的一种方法是进一步致密传统天线阵列,即通过在发送天线阵列或接收天线阵列的给定孔径中封装更多的天线振子(又名辐射单元),这在极限情况下可以近似连续表面。这样的致密天线阵列也称为全息表面。这些全息表面可以由低成本变换式无线平面结构制成,而该平面结构由亚波长金属或电介质散射颗粒组成,从而有望能够根据期望目标对电磁波进行整形,并充分挖掘无线介质的潜在信息传递能力。


技术实现思路

1、本专利技术实施例的目的是提供一种方案,用来减少或解决传统方案的缺点和问题。

2、本专利技术实施例的另一目的是提供一种波束成形方案,以提供比传统方案更高的增益。

3、上述目的及其它目的通过独立权利要求请求的主题来实现。从属权利要求中提供了本专利技术的其它实施例。

4、根据本专利技术的第一方面,通过用于通信系统的通信设备实现上述和其它目的,其中,所述通信设备包括设置在天线孔径中的天线振子集合;所述通信设备用于:

5、基于耦合矩阵c确定变换矩阵t,其中,所述耦合矩阵c包括所述天线振子集合中的每个天线振子之间的耦合系数;

6、将所述变换矩阵t与第一波束成形矩阵f1相乘,以获得第二波束成形矩阵f2;

7、基于所述第二波束成形矩阵f2,通过所述天线振子集合传输通信信号x。

8、根据第一方面所述的通信设备的优点在于,获得的第二波束成形矩阵f2可以考虑通过第一波束成形矩阵f1的发送器与接收器之间的空间关系,以及通过变换矩阵t的天线孔径中的天线振子之间的互耦效应,使得第二波束成形矩阵f2的可实现波束成形增益可以最大化,并显著高于第一波束成形矩阵f1的可实现波束成形增益。

9、在根据第一方面所述的通信设备的一种实现方式中,所述耦合矩阵c是基于以下组中的任一项确定的,其中,所述组包括:所述天线孔径的几何形状、所述天线孔径中的所述天线振子的位置、所述天线孔径中的所述天线振子的相对位置、所述天线孔径中的所述天线振子之间的间距,以及每个天线振子的辐射功率方向图。

10、这种实现方式的优点在于,确定的耦合矩阵c可以充分表征天线孔径中的天线振子之间的互耦效应。

11、在根据第一方面所述的通信设备的一种实现方式中,所述耦合矩阵c是基于以下等式确定的:

12、

13、其中,m和n为天线振子索引,n为所述天线振子集合中的天线振子总数,为以具有单位半径的原点为中心的球面上所有点的集合,gn(u)为第n个天线振子在方向u上的辐射功率方向图,tn为所述天线孔径中第n个天线振子的位置,λ为所述通信信号x的波长。

14、这种实现方式的优点在于,其提供了计算耦合矩阵c的显式方案,从而可以表征天线孔径中的天线振子之间的互耦效应。在积分函数具有显式闭式表达式的情况下,可以通过解析求解积分来计算耦合矩阵c,以得到简洁表达式。在积分函数不可积的一般情况下,可以应用数值积分来获得耦合矩阵c的显式表达式。在这两种情况下,耦合矩阵c只需要计算(离线)一次,即可应用于任何通信场景下的波束成形设计和信道实现。

15、在根据第一方面所述的通信设备的一种实现方式中,所述变换矩阵t是基于所述耦合矩阵c的逆矩阵的第二根确定的。

16、这种实现方式的优点在于,通过以这种方式确定的变换矩阵t,得到的第二波束成形矩阵f2可以实现天线阵列的最大波束成形增益。

17、在根据第一方面所述的通信设备的一种实现方式中,所述变换矩阵t是基于k个特征向量vk的子集确定的,其中,所述特征向量vk具有维度为n×n的所述耦合矩阵c的相应特征值λk,其中,k<n,且n为所述天线振子集合中的所述天线振子总数。

18、这种实现方式的优点在于,通过以这种方式确定的变换矩阵t,得到的第二波束成形矩阵f2可以避免计算耦合矩阵c的逆矩阵的第二根时的数值精度问题。由于天线孔径中的天线振子之间的间距非常小和/或天线孔径的孔径大小非常大,当耦合矩阵c接近奇异矩阵(singular)且包含接近零的特征值时,会出现数值精度问题。因此,这些接近零的特征值的倒数的第二根可能对这些接近零的特征值的数值精度非常敏感,即在耦合矩阵c的计算中,非常小的精度误差会导致耦合矩阵c的逆矩阵的第二根的结果值出现非常大的差异。

19、在根据第一方面所述的通信设备的一种实现方式中,所述变换矩阵t是基于以下等式确定的:

20、

21、其中,α为缩放因子,且

22、这种实现方式的优点在于,通过以这种方式确定的变换矩阵t,得到的第二波束成形矩阵f2可以捕获并利用天线孔径中的天线振子之间的大部分互耦效应,实现比第一波束成形矩阵f1实现的波束成形增益明显更大的波束成形增益,并且可以选择缩放因子α的合适值来满足发送器处的功率约束。

23、在根据第一方面所述的通信设备的一种实现方式中,所述k个特征向量vk的子集包括所述耦合矩阵c的所有特征向量,所述所有特征向量的相应特征值λk等于或大于阈值γ。

24、这种实现方式的优点在于,通过根据用于计算耦合矩阵c的逆矩阵的第二根的软件的数值精度适当地设置阈值γ的值,通过以这种方式确定的变换矩阵t获得的第二波束成形矩阵f2可以在避免数值精度问题与可实现波束成形增益之间实现良好权衡。

25、在根据第一方面所述的通信设备的一种实现方式中,所述天线孔径中的所述天线振子之间的间距小于所述通信信号x的所述波长λ的一半。

26、这种实现方式的优点在于,当天线之间的间距小于通信信号x的波长的一半时,天线振子之间的互耦会生效,这可以用于实现更高的波束成形增益。

27、在根据第一方面所述的通信设备的一种实现方式中,所述通信设备用于:

28、基于所述第二波束成形矩阵f2和取决于功率约束的缩放因子α,通过所述天线振子集合传输所述通信信号x。

29、这种实现方式的优点在于,通过使用第二波束成形矩阵f2传输通信信号x,可以最大化可实现波束成形增益以及接收器处的接收信号功率。同时,可以使用缩放因子α来保证满足发送器处的功率约束。

30、在根据第一方面所述的通信设备的一种实现方式中,所述第一波束成形矩阵f1为根据通信标准预定的波束成形矩阵。

<本文档来自技高网
...

【技术保护点】

1.一种用于通信系统(500)的通信设备(100),其中,所述通信设备(100)包括设置在天线孔径(130)中的天线振子集合(120);所述通信设备(100)用于:

2.根据权利要求1所述的通信设备(100),其中,所述耦合矩阵C是基于以下组中的任一项确定的,其中,所述组包括:所述天线孔径(130)的几何形状、所述天线孔径(130)中的所述天线振子的位置、所述天线孔径(130)中的所述天线振子的相对位置、所述天线孔径(130)中的所述天线振子之间的间距,以及每个天线振子的辐射功率方向图。

3.根据权利要求2所述的通信设备(100),其中,所述耦合矩阵C是基于以下等式确定的:

4.根据权利要求1至3中任一项所述的通信设备(100),其中,所述变换矩阵T是基于所述耦合矩阵C的逆矩阵的第二根确定的。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的通信设备(100),其中,所述变换矩阵T是基于K个特征向量vk的子集确定的,其中,所述特征向量具有维度为N×N的所述耦合矩阵C的相应特征值λk,其中,K<N,且N为所述天线振子集合(120)中的所述天线振子总数。

6.根据权利要求5所述的通信设备(100),其中,所述变换矩阵T是基于以下等式确定的:

7.根据权利要求6所述的通信设备(100),其中,所述K个特征向量vk的所述子集包括所述耦合矩阵C的所有特征向量,所述所有特征向量的相应特征值λk等于或大于阈值Γ。

8.根据上述权利要求中任一项所述的通信设备(100),其中,所述天线孔径(130)中的所述天线振子之间的间距小于所述通信信号x的所述波长λ的一半。

9.根据上述权利要求中任一项所述的通信设备(100),其中,所述通信设备(100)用于:

10.根据权利要求1至9中任一项所述的通信设备(100),其中,所述第一波束成形矩阵f1为根据通信标准预定的波束成形矩阵。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的通信设备(100),其中,所述第一波束成形矩阵f1为基于以下组中的任一项确定的波束成形矩阵,其中,所述组包括:目标波束成形方向、所述天线孔径(130)中的所述天线振子的位置、所述天线孔径(130)中的所述天线振子的相对位置,以及每个天线振子在所述目标波束成形方向上的辐射功率方向图。

12.根据上述权利要求中任一项所述的通信设备(100),其中,所述通信设备(100)为网络接入节点(例如,基站)或客户端设备(例如,用户设备)。

13.一种用于通信设备(100)的方法(200),其中,所述通信设备(100)包括设置在天线孔径(130)中的天线振子集合(120),所述方法(200)包括:

14.一种具有程序代码的计算机程序,其中,当所述计算机程序在计算机上运行时,所述程序代码用于执行根据权利要求13所述的方法。

...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

1.一种用于通信系统(500)的通信设备(100),其中,所述通信设备(100)包括设置在天线孔径(130)中的天线振子集合(120);所述通信设备(100)用于:

2.根据权利要求1所述的通信设备(100),其中,所述耦合矩阵c是基于以下组中的任一项确定的,其中,所述组包括:所述天线孔径(130)的几何形状、所述天线孔径(130)中的所述天线振子的位置、所述天线孔径(130)中的所述天线振子的相对位置、所述天线孔径(130)中的所述天线振子之间的间距,以及每个天线振子的辐射功率方向图。

3.根据权利要求2所述的通信设备(100),其中,所述耦合矩阵c是基于以下等式确定的:

4.根据权利要求1至3中任一项所述的通信设备(100),其中,所述变换矩阵t是基于所述耦合矩阵c的逆矩阵的第二根确定的。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的通信设备(100),其中,所述变换矩阵t是基于k个特征向量vk的子集确定的,其中,所述特征向量具有维度为n×n的所述耦合矩阵c的相应特征值λk,其中,k<n,且n为所述天线振子集合(120)中的所述天线振子总数。

6.根据权利要求5所述的通信设备(100),其中,所述变换矩阵t是基于以下等式确定的:

7.根据权利要求6所述的通信设备(100),其中,所述k个特征向量vk的所述子集包括所述耦合矩阵c的所有特征向量,所述所有...

【专利技术属性】
技术研发人员:王鹏马吉德·纳斯里·孔姆吉布兰尼斯拉夫·M·波波维奇
申请(专利权)人:华为技术有限公司
类型:发明
国别省市:

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1