[发明专利]一种基于克拉美罗下界和能效优化的波束赋形方法及装置

权利要求书

1.一种基于克拉美罗下界和能效优化的波束赋形方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对接收信号进行建模，推导用户接收端信干噪比表达式、角度估计的克拉美罗下界公式；

S2：对单用户和多用户情况下分别对进行CRB公式化简，将预编码矩阵求解问题变为凸优化形式；

S3：引入权重因子重新构造优化目标函数，将CRB和能效作为优化目标，考虑SINR、发射功率和用户速率要求因素，进行问题求解，完成基于克拉美罗下界和能效优化的波束赋形。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述对接收信号进行建模，包括：

将接收信号建模为发射信号，所述接收信号经用户接收并返回的信号，根据下述公式(1)计算所述接收信号：

Y_R＝βa(θ)a^H(θ)X+Z＝βA(θ)X+Z (1)

其中，Y_R表示返回的信号；β为与目标的雷达截面成正比的复振幅；Z为协方差矩阵为的高斯白噪声；发射天线和接收天线导向矢量均为a(θ)；Α(θ)为总的导向矢量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，推导用户接收端信干噪比表达式包括：

用户接收信号为Y_c＝HX+Z，其中信道矩阵为H＝[h₁…h_K]；预编码矩阵为W＝[w₁…w_Kw_K+1…w_N]，其中K为总用户数、N为总天线数；则信干噪比SINR表示为如下述公式(2)：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，推导角度估计的克拉美罗下界公式，包括：

得到以角度θ为待估计参数的克拉美罗界CRB公式如下述公式(3)：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，对单用户和多用户情况下分别对进行CRB公式化简，将待求解问题变为凸优化形式，包括：

根据下述公式(4)对单用户的情况表述为；

根据下述公式(5)对多用户的情况表述为；

根据SDR算法可知，预编码矩阵的协方差矩阵为W，使用cholesky分解方法得出预编码矩阵W。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，引入权重因子重新构造优化目标函数，将CRB和能效作为优化目标，考虑SINR、发射功率和用户速率要求因素，进行问题求解，完成基于克拉美罗下界和能效优化的波束赋形，包括：

S31：根据下述公式(6)获得能效计算表达式为：

S32：引入权重因子c，将目标函数改写为：L＝t+cη_EE；

S33：综合考虑发射功率限制、每个用户的信干噪比和传输速率要求，将优化问题表示为下述公式(7)：

S34：利用CVX工具箱计算，并使用cholesky分解方法得出预编码矩阵W，完成基于克拉美罗下界和能效优化的波束赋形。

7.一种基于克拉美罗下界和能效优化的波束赋形装置，其特征在于，所述装置适用于上述权利要求1-6中任意一项所述的方法，所述装置包括：

建模模块，用于对接收信号进行建模，推导用户接收端信干噪比表达式、角度估计的克拉美罗下界公式；

问题优化模块，用于对单用户和多用户情况下分别对进行CRB公式化简，将预编码矩阵求解问题变为凸优化形式；

能效优化模块，用于引入权重因子重新构造优化目标函数，将CRB和能效作为优化目标，考虑SINR、发射功率和用户速率要求因素，进行问题求解，完成基于克拉美罗下界和能效优化的波束赋形。