[发明专利]一种基于透镜阵列的预编码和波束选择矩阵联合设计方法

权利要求书

1.一种基于透镜阵列的预编码和波束选择矩阵联合设计方法，其特征在于：该方法具有以下步骤：

（1）预编码和波束选择矩阵联合设计问题建立及转化；

（1.1）考虑系统性能，即系统用户可达速率之和，根据系统性能最优化原则，结合透镜阵列的物理结构，设立预编码和波束选择矩阵设计的优化问题；

（1.2）根据加权最小均方误差等价转化定理，将上述优化问题等价转化为一个新优化问题；

（1.3）通过松弛变量方法，将新优化问题约束中耦合的变量进行解耦；

（2）变量初始化；

（3）根据信道状态信息，通过内外双重循环迭代优化最优预编码矩阵P和波束选择矩阵F；

（3.1）执行算法内循环，在内循环中，基于轮换寻优思想，将待求解优化变量按照解耦合的原则进行分组，针对每组变量，固定其它组变量进行求解；

（3.2）内循环结束后，返回上一级逻辑结构，之行算法外循环，根据内循环执行结果，计算原问题等式约束违反的情况h:

（3.3）如果，根据以下方法更新原问题引入的对偶变量：

（3.4）如果，则更新惩罚参数，其中控制参数的取值为0.1；

（3.5）更新辅助参数；

（3.6）进入下一次外循环，直到，此时波束选择矩阵F和基带预编码矩阵P的值即为优化问题的解。

2.如权利要求1所述的一种基于透镜阵列的预编码和波束选择矩阵联合设计方法，其特征在于：所述子步骤（1.1）中所述的优化问题包含目标函数、变量建模和约束假设。

3.如权利要求1所述的一种基于透镜阵列的预编码和波束选择矩阵联合设计方法，其特征在于：所述子步骤（1.2）中所述的新优化问题中的目标函数为凸函数。

4.如权利要求1所述的一种基于透镜阵列的预编码和波束选择矩阵联合设计方法，其特征在于：所述步骤（2）具体包括以下子步骤：

（2.1）初始化所有对偶变量，其中分别表示优化问题对应增广拉格朗日问题的对偶变量，上角标表示迭代初始值；

（2.2）初始化所有原始变量，其中P表示基站侧的全数字预编码矩阵，表示F的第i行，表示对应F的第（i,j）个元素对应的辅助变量，而F表示透镜阵列的波束选择矩阵，为辅助变量，和分别为第k个用户的权重因子和接收机增益；

（2.3）初始化辅助变量，其中m和n分别表示所设计的迭代优化方法内外循环的指示变量，初始值均为0，表示优化问题等式约束成立的上界，表示内循环迭代次数上限，表示惩罚因子的初始值，，均为辅助变量，其中。

5.如权利要求1所述的一种基于透镜阵列的预编码和波束选择矩阵联合设计方法，其特征在于：所述步骤（3.1）的每一次内循环中，执行以下操作：

（3.1.1）固定其它变量，单独求解，通过检验其一阶最优条件，可以直接得到的闭式解：

其中，表示矩阵的第i列；

（3.1.2）固定其它变量，单独求解，通过检验其一阶最优条件，可以直接得到的闭式解：

（3.1.3）固定其它变量，单独求解和P，关于的子问题有一个二次的标量目标函数，可根据一阶最有条件得到其无约束下的最优解：

所述满足，据此可得的最优解：

类似的，固定其它变量单独求解P，通过检验一阶最优条件，可以得到P的闭式解：

其中表示求矩阵的伪逆矩阵。