[发明专利]一种优化稀疏阵列的多播方向调制方法

权利要求书

1.一种优化稀疏阵列的多播方向调制方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一：发射信号

发射端放置一个均匀线阵，该均匀线阵由N个阵元组成，相邻阵元之间的距离为d，每个阵元均与一个射频链路相连接，射频链路包括功率放大器和相移器；存在L个位于不同方位的理想接收机，每发送一个符号，发射端会随机形成L个天线子集，每个天线子集包括M个阵元，即N＝M*L；通过调节每个天线子集阵元相移器的值得到指向固定方向的波束；同时，由于每次均随机选择发送给不同方向接收机的天线子集，随机的天线子集选择，对于其他非理想方向相当于一种乘性噪声，从而很大程度上扰乱非理想方向接收到的信号实现了安全通信的目标；

在一个窄带系统中，T时刻发送给L个理想接收方向的符号为：

其中，E_sl表示发送给第l个理想接收机的符号能量，φ_l表示发送给第l个理想接收机的符号相位；

因此，发射端传输信号的导向矢量表示为：

w_l表示属于第l个理想接收方向的加权导向矢量，对于每个符号，在不同方向所选择的天线子集完全不同，因此，引入b_l作为表征在某个理想接收方向天线子集的阵列形式，b_l中的元素取值非0即1，如果b_l中第i个元素b_li＝1，表示该位置的阵元被激活，如果b_l中第i个元素b_li＝0，表示该位置的阵元未被激活；由于每个天线子集激活的阵元数为一确定值M，因此||b_l||₁＝M，同时分配给每个方向的天线子集不存在相互重复的阵元，不同天线子阵列形式之间的内积为0，即b_m·b_n＝0，b_m、b_n分别表示第m、n个理想接收方向天线子集的阵列形式，因此第l个理想接收方向的加权导向矢量表示为：

h_l(θ_l)表示θ_l方向的信道导向矢量，对于N元均匀线阵：

其中，λ表示波长；

步骤二：接收信号

信息完全同步，则位于θ_l角度接收机的接收信号表示为：

其中，n表示叠加的噪声，服从复高斯分布；

在目标接收端收到的信号中保留有发射信号的全部信息，在多播系统中，接受端接收到的信号受到发送到其他方向信号的相互干扰，干扰产生的星座点大幅度漂移的可能性极小，从而保证了理想方向上的信息的可靠接收。

2.根据权利要求1所述的一种优化稀疏阵列的多播方向调制方法，其特征在于：

采用模拟退火算法对天线子集的阵列形式b_l进行优化的步骤为：

确定所用阵列形式的数量为K，第k个阵列形式的产生过程如下：

步骤1：采用随机天线选择方法生成有P个天线子集阵列形式作为解空间；

步骤2：初始化初始温度T₀，温度衰减因子β，将解空间中的第一个解b₁₁,b₁₂,...,b_1L作为初始解；

步骤3：采用模拟退火算法进行迭代优化，迭代次数为P；

步骤4：每迭代P次，产生一个解，将解进行保存，回到步骤1，直到k＝K，完成对K个天线子集阵列形式的优化。

3.根据权利要求2所述的一种优化稀疏阵列的多播方向调制方法，其特征在于：

所述步骤3中，对于第i次迭代，2≤i≤P，迭代过程为：

步骤3.1：T_i＝βT_i-1，β＜1，设置最优解变量为b_temp1,b_temp2,b_temp3＝b₁₁,b₁₂,b₁₃；初始化迭代时，默认最优解变量为解空间的第一组解；

步骤3.2：解空间中按顺序抽取一组解记作：b_i1,b_i2,b_i3，2≤i≤P；

步骤3.3：计算目标函数的差值：ΔE＝E(b_i1,b_i2,b_i3)-E(b_temp1,b_temp2,b_temp3)，目标函数定义为旁瓣水平的最大值：SLL表示旁瓣水平；

步骤3.4：如果ΔE＜0或rand[0,1]表示从0与1之间随机选择一个数，则下一次迭代的初始值更新为：b_temp1,b_temp2,b_temp3＝b_i1,b_i2,b_i3；

步骤3.5：如果ΔE≥0且下一次迭代的初始值保持不变b_temp1,b_temp2,b_temp3＝b_temp1,b_temp2,b_temp3；

步骤3.6：令i加1，如i＝P，则结束计算，否则回到步骤3.1继续迭代。