[發明專利]一種大規模天線系統中波束寬度優化方法及切換方法

有效

• 申請號: 201810588248.2
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108809371B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 張天魁;耿立茹
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04B7/0408
• 分類號: H04B7/0408;H04B7/0413;H04B7/06;H04B7/08;H04W36/32
• 代理公司: 北京卓特專利代理事務所(普通合伙) 11572
• 代理人: 陳變花

1.一種大規模天線系統中波束寬度優化方法，其特征在于，包括如下步驟：

獲得數據速率c與基站BS的有效波束寬度θ_BS的關系式c＝log₂(1+γ(θ_BS))，其中γ(θ_BS)代表γ是以θ_BS為自變量的函數；

獲得用戶終端UE前后時刻位置與基站BS位置之間的角度差Δα，Δα＝α_t+1-α_t，

其中，α_t+1為后一時刻用戶終端UE位置與基站BS位置在指定方向的夾角，α_t為前一時刻用戶終端UE位置與基站BS位置在指定方向的夾角，

v為用戶終端UE的移動速度，t為用戶終端UE移動的指定時間，β為前一時刻用戶終端UE的移動方向與基站BS水平向外延伸指定方向的夾角，s_t為前一時刻用戶終端UE至基站BS之間的距離，s_t+1為后一時刻用戶終端UE至基站BS之間的距離，

根據角度差Δα確定波束切換概率p_switch和切換開銷m，根據執行一次切換操作所需的切換開銷m是定值，得到切換開銷m正比于波束切換概率p_switch，即m(θ_BS,v)∝p_switch(θ_BS,v)，其中，p_switch(θ_Bs，v)代表p_switch是以θ_BS和v為自變量的函數，m(θ_BS，v)代表m是以θ_BS和v為自變量的函數，Δα(v)是以角度差Δα是以v為自變量的函數；

設置優化目標為確定約束條件s.t.γ≥TH、vt＜d；

其中，TH為滿足鏈路質量的最低閾值、d為基站BS的覆蓋范圍；根據數據速率c和切換開銷m構建目標函數即為

根據目標函數的約束條件求解目標函數得到后一時刻有效波束寬度θ_BS的最優值，

Δα＜θ_BS時，優化函數

將分貝形式的信噪比γ_dB替換絕對形式的信噪比γ得到優化函數為

根據和γ_dB＝10logγ得到

其中，P_t為發射功率，N為噪聲，P_t和N為定值；PL為路徑損耗，PL與用戶終端UE和基站BS之間的距離相關，在低速移動下路徑損耗PL視為定值；G_t為基站BS的波束增益，G_t(θ_BS)代表G_t是以θ_BS為自變量的函數；G_r為用戶終端UE的波束增益，G_r(θ_UE)代表G_r是以θ_UE為自變量的函數；

將定義為a，將定義為b，代入優化函數簡化得到

根據切換開銷m與波束切換概率p_switch的比值k為定值；根據波束垂直方向的角度為定值，則b為定值；根據θ_UE固定，則G_r(θ_UE)為定值，以及根據P_t、N、PL為定值，則a為定值；得到為凸函數；

根據凸函數求解得到后一時刻有效波束寬度θ_BS的最優值。