[發明專利]一種基于低分辨率相移器的多波束衛星通信魯棒混合預編碼方法

在審

• 申請號: 202210538796.0
• 申請日: 2022-05-17
• 公開（公告）號: CN114978262A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 王聞今;劉彥浩;丁睿;房天昊;伍詩語;張帥;尤力
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456;H04B7/185
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 唐少群

1.一種基于低分辨率相移器的多波束衛星通信魯棒混合預編碼方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟S1、基于多波束衛星對各用戶的位置角度估計誤差以及由于衛星姿態軌道控制而導致的公共角度誤差，構建包含用戶位置定位不確定性的多波束衛星下行信道矢量模型；再基于該多波束衛星下行信道矢量模型構建用戶側的接收信號模型；

步驟S2、對多波束衛星系統的和速率關于定位角度誤差變量求數學期望，得到第k個用戶的遍歷傳輸速率，獲取關于信道自相關矩陣的統計信道模型；

步驟S3、基于部分連接的混合預編碼結構，關于模擬預編碼矢量和數字預編碼矢量構建多波束衛星系統和速率最大化的魯棒混合預編碼優化設計問題，約束條件為多波束衛星的每個天線陣元的功率值均小于某一門限值，其中，該優化設計問題定義為第一優化問題；

步驟S4、將步驟S3中構建的第一優化問題等價轉化為用戶信干噪比保障和單天線功率約束下的功率最小化問題，其中，該功率最小化問題，定義為第二優化問題；

步驟S5、固定模擬預編碼矩陣，結合第二優化問題的拉格朗日函數及其KKT條件，將混合預編碼結構中數字預編碼的最優結構建模為一個廣義特征值問題的解，計算最優數字預編碼矢量；

步驟S6、固定最優數字預編碼矢量，結合關于模擬預編碼矢量的等價轉化問題的拉格朗日函數及其對應的KKT條件，將模擬預編碼的最優方向建模為一個廣義特征值問題的解，計算獲得最優模擬預編碼矢量；其中，該等價轉化后的關于模擬預編碼矢量的設計問題定義為第三優化問題；

步驟S7、對模擬預編碼矢量的相位進行離散化操作，同時保證多波束衛星系統和速率最大化；

步驟S8、利用次梯度投影技術及拉格朗日函數與其對偶函數的強對偶性確定拉格朗日乘子；

步驟S9、循環迭代步驟S4、步驟S5、步驟S6、步驟S7和步驟S8直至系統和速率性能收斂，獲得最優數字預編碼矢量和具有離散相位的模擬預編碼矢量。

2.根據權利要求1所述的一種基于低分辨率相移器的多波束衛星通信魯棒混合預編碼方法，其特征在于，在所述步驟S1中，假設衛星對用戶存在角度定位誤差，引入定位角度誤差變量后，多波束衛星到第k個用戶的下行信道參數矢量h_k為:

在公式中，t表示時間，f表示系統頻率，v_k表示平面陣天線相應矢量，表示由于多波束衛星移動導致的多普勒頻偏，τ_k,l表示多波束衛星到第k個用戶的第l條傳播徑的傳播延時，表示傳播延時τ_k,l的最小值，即表示第k個用戶的下行信道增益，且滿足：

其中，L_k表示多波束衛星到第k個用戶的總傳播徑數，表示到第k個用戶的第l條傳播徑的復數增益，表示在第l條傳播徑上由于第k個用戶移動而導致的多普勒頻移，表示用戶側傳輸延時，且滿足：

3.根據權利要求2所述的一種基于低分辨率相移器的多波束衛星通信魯棒混合預編碼方法，其特征在于，在所述步驟S1中，構建包含用戶位置定位不確定性的多波束衛星下行信道矢量模型，其還包括構建如下角度關系：

在公式中，θ_k為用戶k相對于低軌道衛星平面陣天線y軸的準確角度，為用戶k相對于低軌道衛星平面陣天線x軸的準確角度，和表示衛星對第k個用戶的位置角度估計誤差，和表示由于衛星姿態軌道控制而導致的公共角度檢測誤差，表示為用戶k相對于低軌道衛星平面陣天線的y軸的估計角度，表示為用戶k相對于低軌道衛星平面陣天線x軸的估計角度；

平面陣天線相應矢量滿足以下關系：

在公式中，表示平面陣天線在x軸上的陣元響應矢量，表示平面陣天線在y軸上的陣元響應矢量，且二者分別滿足：