[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

说明书

本发明提供了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，涉及无线通信技术领域。包括：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；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；引入权重因子，将CRB和能效作为优化目标，考虑S I NR、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。本发明以CRB和能效为目标函数，以满足用户接收信噪比要求和发射功率要求为约束条件，并考虑用户通信速率需求进行问题描述，将其转化为凸优化问题求解，使所求预编码方案实现能在满足服务等级要求基础上以较高准确性和能量效率的绿色通信。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是指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。

背景技术

近年来随着通信业务量的快速增长，为了提高信道容量以及服务质量，大规模天线阵列的波束赋形相关研究成为关注热点之一。其中，在发射端通过预编码对信号进行处理，使其沿指定方向发射信号，并考虑多信道间的干扰以及噪声影响，是一种有效的波束赋形实现方式。如何通过高效的预编码算法来提高波束赋形的准确性和能效成为研究的重要方向。

波束赋形是一种基于天线阵列的信号预处理技术，通过不同角度信号的干涉来产生定向波束，以达到减小用户间干扰和提高信道容量的目的。同时，波束赋形能够向指定方向在小范围内发送信号，减少不必要的功率消耗、提高能量效率，是实现绿色通信的有效途径。预编码可以调整发射信号的相位和幅度，进而使特定方向上的电磁信号干涉叠加。常见的线性预编码技术有破零预编码(ZF)，完全消除用户间的干扰和用户内部各数据流之间的干扰，存在加性噪声会被加权放大的问题；最小均方误差预编码(MMSE)，一定程度上考虑到噪声影响；奇异值分解预编码(SVD)，利用信道自由度，需要发送端和接收端联合处理。非线性预编码技术复杂度较高，包括脏纸编码(DCP)、改进的脏纸预编码(THP)、向量预编码(VP)等。需要找到一种高效、准确、且对能量利用效率较高的预编码算法，降低波束赋形技术的使用成本。

发明内容

针对通过高效的预编码算法来提高波束赋形的准确性和能效，需要找到一种高效、准确、且对能量利用效率较高的预编码算法，降低波束赋形技术的使用成本的问题，本发明提出了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。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一方面，提供了一种基于克拉美罗下界和能效优化的波束赋形方法，该方法应用于电子设备，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S INR、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。

可选地，步骤S1中，对接收信号进行建模，包括：

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

Y_R＝βa(θ)a^H(θ)X+Z＝βA(θ)X+Z (1)

其中，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)，A(θ)为总的导向矢量。

可选地，步骤S1中，推导用户接收端信干噪比表达式包括：