[發明專利]陣列天線模擬多波束賦形方法

有效

• 申請號: 201810017712.2
• 申請日: 2018-01-09
• 公開（公告）號: CN108173578B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 張軍;曹先彬;朱立鵬;肖振宇;吳大鵬
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04B7/0408
• 分類號: H04B7/0408;H04B7/06
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

1.一種陣列天線模擬多波束賦形方法，其特征在于，陣列天線共用同一個射頻，該方法為天線設定不同的權重系數，使得天線陣列在不同的方向上同時獲得增益；設天線個數為N；波束賦形向量為w，也就是各天線的權系數向量；給定用戶所處方向對應發射角的余弦值為Ω_k,k＝1,2,…,K，K為用戶總數，為用戶k設置的轉向向量為a_k；

包括如下四種情況：

情況1：在給定2個方向波束增益需求的比例時，進行相位控制波束賦形；

對于情況1，設置波束賦形向量中各分量幅度相等，引入中間變量α構建優化問題，優化問題的目標是求取使得α最小的波束賦形向量，條件需滿足：用戶1和用戶2的和滿足給定的比例要求，各天線的權重系數的絕對值均不大于α；在求解時，先通過相位旋轉使得是實數，然后再搜索的最優方向，求取最優解；其中，a₁、a₂分別是用戶1和用戶2的轉向向量，上角標H表示共軛轉置；

情況2：在給定2個方向波束增益中其中1個的下確界時，進行相位控制波束賦形；

對于情況2，設置波束賦形向量中各分量幅度相等，優化問題的目標是求取使得最大的波束賦形向量，條件還需滿足：用戶的波束增益滿足給定的下確界要求；情況3：在給定K個方向波束增益需求的比例時，進行聯合相位幅度控制波束賦形；

對于情況3，設計優化問題為：針對每一個用戶k，找到一個波束賦形向量，使得在該波束賦形下其他用戶的波束增益均為0，最大化該用戶方向上的增益，在求解時滿足波束賦形向量總功率||w||≤1的條件；最后，將求取的各用戶的波束賦形向量，與各用戶的波束增益需求比例相乘后疊加，獲取最終的波束賦形向量；情況4：在給定K個方向波束增益權重因子時，進行相位控制波束賦形；

對于情況4，設置波束賦形向量各分量的幅度相等，求取使得K個用戶的波束增益的加權和最大的波束賦形向量，各用戶的波束增益的權重為給定的權重因子；所述的情況4下，進行相位控制波束賦形的方法是：設給定K個波束的發射角方向，記為Ω_k,k＝1,2,…,K，以及不同方向的波束增益權重因子，記為α_k,k＝1,2,…,K，僅進行相位控制；

設置波束賦形向量各分量的幅度相等，表示為：

設計如下優化問題：

對于目標函數一方面θ_k表示第k個波束的最優方向；另一方面最優解總能寫成的形式，所以上述問題等價于：

|[v]_k|＝α_k,1≤k≤K

其中，向量A＝[a₁,a₂,…,a_K]，向量

求解的迭代過程包括兩步：

第一步，對于每一個固定的v，w的最優解為

第二步，對于每一個固定的w，v的最優解為

求解時，設定一個初始值v，對以上2步進行迭代，直到某一次迭代前后目標函數的差值滿足設定的精度要求，得到一個局部最優解w^*，作為最終的波束賦形向量。