[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在审

专利信息
申请号: 202211130932.9 申请日: 2022-09-16
公开(公告)号: CN115589244A 公开(公告)日: 2023-01-10
发明(设计)人: 张海君;刘向南;袁昕;李浩进 申请(专利权)人: 北京科技大学
主分类号: H04B7/0456 分类号: H04B7/0456;H04B7/06
代理公司: 北京市广友专利事务所有限责任公司 11237 代理人: 张仲波
地址: 100083*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 克拉 下界 能效 优化 波束 赋形 方法 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:

YR=βa(θ)aH(θ)X+Z=βA(θ)X+Z (1)

其中,YR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Yc=HX+Z,其中信道矩阵为H=[h1…hK];预编码矩阵为W=[w1…wKwK+1…wN],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+cηEE

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。

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