[發(fā)明專利]一種基于三級優(yōu)化的聯(lián)合波束賦形方法及裝置

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202211114554.5
• 申請日: 2022-09-14
• 公開（公告）號: CN115459826A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張頡;楊迎春;徐厚東;周劍;甘煒;李賦欣;傅寧;李里;白暉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)四川省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/01;H04B7/0408;H04B7/0456
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

1.一種基于三級優(yōu)化的聯(lián)合波束賦形方法，其特征在于，該方法包括：

將從衛(wèi)星到智能反射面之間的視距信道進行分解，得到衛(wèi)星天線的信號導向矢量和智能反射面天線的信號導向矢量；

根據(jù)衛(wèi)星天線的信號導向矢量，基于反射鏈路信道增益最大化，求解最優(yōu)的智能反射面相移矩陣；

根據(jù)所述最優(yōu)的智能反射面相移矩陣，計算反射鏈路信道增益；根據(jù)所述反射鏈路信道增益與從衛(wèi)星到地面接收機之間的信道增益之間的大小關(guān)系，得到最優(yōu)的衛(wèi)星天線下傾角；

根據(jù)所述最優(yōu)的智能反射面相移矩陣和最優(yōu)的衛(wèi)星天線下傾角，計算得到最優(yōu)的發(fā)送波束賦形矢量；

根據(jù)所述最優(yōu)的智能反射面相移矩陣、最優(yōu)的衛(wèi)星天線下傾角和最優(yōu)的發(fā)送波束賦形矢量，對通信信號進行聯(lián)合波束賦形。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三級優(yōu)化的聯(lián)合波束賦形方法，其特征在于，所述最優(yōu)的智能反射面相移矩陣中各對角線元素的相位，即為智能反射面各反射單元對應的相位。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于三級優(yōu)化的聯(lián)合波束賦形方法，其特征在于，所述最優(yōu)的智能反射面相移矩陣的求解步驟為：

步驟A：構(gòu)造矢量其中，為從智能反射面到地面接收機之間的信道，diag{·}表示生成對角化矩陣，a是衛(wèi)星天線的信號導向矢量；

步驟B：根據(jù)構(gòu)造的矢量v，計算智能反射面第n個反射單元的最優(yōu)相移值其中，v_n表示矢量v的第n個元素，arg{·}表示返回當前復數(shù)的相位；

步驟C：根據(jù)智能反射面各反射單元最優(yōu)相移值計算智能反射面相移矩陣

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三級優(yōu)化的聯(lián)合波束賦形方法，其特征在于，根據(jù)所述反射鏈路信道增益與從衛(wèi)星到地面接收機之間的信道增益之間的大小關(guān)系，得到最優(yōu)的衛(wèi)星天線下傾角，包括：

若所述反射鏈路信道增益小于從衛(wèi)星到地面接收機之間的信道增益，則最優(yōu)的衛(wèi)星天線下傾角等于直射鏈路相對于衛(wèi)星天線的傾斜角；

若所述反射鏈路信道增益大于等于從衛(wèi)星到地面接收機之間的信道增益，則最優(yōu)的衛(wèi)星天線下傾角等于反射鏈路中視距信道相對于衛(wèi)星天線的傾斜角。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三級優(yōu)化的聯(lián)合波束賦形方法，其特征在于，所述最優(yōu)的發(fā)送波束賦形矢量的計算公式為：

其中，為最優(yōu)的發(fā)送波束賦形矢量；為最優(yōu)的智能反射面相移矩陣；G為從衛(wèi)星到智能反射面之間的視距信道；P為衛(wèi)星發(fā)送功率；為從衛(wèi)星到地面接收機之間的信道；為從智能反射面到地面接收機之間的信道；θ_3dB為3dB波束寬度，||·||表示求解矢量的二范數(shù)；(·)^H表示共軛轉(zhuǎn)置。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三級優(yōu)化的聯(lián)合波束賦形方法，其特征在于，根據(jù)所述最優(yōu)的智能反射面相移矩陣、最優(yōu)的衛(wèi)星天線下傾角和最優(yōu)的發(fā)送波束賦形矢量，對通信信號進行聯(lián)合波束賦形，包括：

根據(jù)最優(yōu)的智能反射面相移矩陣對智能反射面進行配置，并調(diào)整智能反射面各反射單元對應的相位；

根據(jù)最優(yōu)的衛(wèi)星天線下傾角對衛(wèi)星天線發(fā)送波束指向進行調(diào)整；以及

根據(jù)最優(yōu)的發(fā)送波束賦形矢量對發(fā)送信號進行波束賦形處理。

7.一種基于三級優(yōu)化的聯(lián)合波束賦形裝置，其特征在于，該裝置包括：

信道分解單元，用于將從衛(wèi)星到智能反射面之間的視距信道進行分解，得到衛(wèi)星天線的信號導向矢量和智能反射面天線的信號導向矢量；

智能反射面相移矩陣優(yōu)化單元，用于根據(jù)衛(wèi)星天線的信號導向矢量，基于反射鏈路信道增益最大化，求解最優(yōu)的智能反射面相移矩陣；

衛(wèi)星天線下傾角優(yōu)化單元，用于根據(jù)所述最優(yōu)的智能反射面相移矩陣，計算反射鏈路信道增益；根據(jù)所述反射鏈路信道增益與從衛(wèi)星到地面接收機之間的信道增益之間的大小關(guān)系，得到最優(yōu)的衛(wèi)星天線下傾角；

發(fā)送波束賦形矢量優(yōu)化單元，用于根據(jù)所述最優(yōu)的智能反射面相移矩陣和最優(yōu)的衛(wèi)星天線下傾角，計算得到最優(yōu)的發(fā)送波束賦形矢量；

聯(lián)合波束賦形單元，用于根據(jù)所述最優(yōu)的智能反射面相移矩陣、最優(yōu)的衛(wèi)星天線下傾角和最優(yōu)的發(fā)送波束賦形矢量，對通信信號進行聯(lián)合波束賦形。