[發(fā)明專利]天線波束賦形方法和攜能通信感知一體化系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310413742.6
• 申請日: 2023-04-11
• 公開（公告）號: CN116566453A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李曉陽;周梓欽;朱光旭;李航
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市大數(shù)據(jù)研究院
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/08;G06F17/12;G06F17/16
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 洪銘福

1.一種天線波束賦形方法，其特征在于，應(yīng)用于攜能通信感知一體化系統(tǒng)，所述攜能通信感知一體化系統(tǒng)包括波束賦形器和多個發(fā)射天線，所述攜能通信感知一體化系統(tǒng)利用所述發(fā)射天線對感知目標(biāo)進行感知、向通信接收端發(fā)送通信信息，以及向能量接收端供能；所述攜能通信感知一體化系統(tǒng)包括與所述通信接收端對應(yīng)的通信信道和與所述能量接收端對應(yīng)的能量通道；所述方法包括：

獲取所述系統(tǒng)的總發(fā)射功率；所述總發(fā)射功率根據(jù)所述波束賦形器在每個所述通信接收端的波束賦形向量初始值計算得到，所述波束賦形向量初始值為所述波束賦形器的波束賦形矩陣在每個所述通信接收端方向上的分量值；

獲取每個所述通信信道的通信信道矩陣初始值，并根據(jù)所述通信信道矩陣初始值和所述波束賦形向量初始值計算得到每個所述通信接收端的接收信號干噪比；

獲取每個所述能量通道的信道增益初始值，并根據(jù)能量采集系數(shù)、所述能量通道矩陣初始值和所述波束賦形向量初始值計算得到所述能量接收端的采集功率；

根據(jù)所述總發(fā)射功率、所述接收信號干噪比和所述采集功率構(gòu)建第一約束條件集，所述第一約束條件集的第一優(yōu)化目標(biāo)為目標(biāo)方位角的克拉美羅界參數(shù)最小；

基于所述第一約束條件集對所述波束賦形向量初始值進行降秩，得到包含所述波束賦形向量初始值的線性方程組，并根據(jù)所述線性方程組得到波束賦形向量優(yōu)化值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線波束賦形方法，其特征在于，所述基于所述第一約束條件集對所述波束賦形向量初始值進行降秩，得到包含所述波束賦形向量初始值的線性方程組，包括：

根據(jù)舒爾補條件將所述第一約束條件集轉(zhuǎn)化為第二約束條件集；

利用半正定松弛原理將所述第二約束條件集進行松弛，得到第三約束條件集；

獲取所述第三約束集的對偶變量，得到所述第三約束條件集的互補條件集；

分解所述波束賦形向量初始值，根據(jù)所述互補條件集得到所述線性方程組。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線波束賦形方法，其特征在于，所述攜能通信感知一體化系統(tǒng)包括多個接收天線；所述根據(jù)所述總發(fā)射功率、所述接收信號干噪比和所述采集功率構(gòu)建第一約束條件集，包括：

獲取目標(biāo)方位角在所述發(fā)射天線的發(fā)射天線導(dǎo)向矢量，以及所述目標(biāo)方位角在所述接收天線的接收天線導(dǎo)向矢量；

根據(jù)所述發(fā)射天線導(dǎo)向矢量、所述接收天線導(dǎo)向矢量和所述波束賦形向量初始值計算得到所述目標(biāo)方位角的所述克拉美羅界參數(shù)；

基于預(yù)設(shè)發(fā)射功率和所述總發(fā)射功率構(gòu)建發(fā)射功率第一約束條件；

基于信干噪比閾值和所述接收信號干噪比構(gòu)建信干噪比第一約束條件；

基于預(yù)設(shè)采集功率和所述采集功率構(gòu)建的采集功率第一約束條件。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線波束賦形方法，其特征在于，所述根據(jù)舒爾補條件將所述第一約束條件集轉(zhuǎn)化為第二約束條件集，包括：

根據(jù)所述舒爾補條件，將所述第一優(yōu)化目標(biāo)變?yōu)榈诙?yōu)化目標(biāo)，所述第二優(yōu)化目標(biāo)包括：第一優(yōu)化矩陣中所有的元素均不小于零，所述第一優(yōu)化矩陣根據(jù)所述發(fā)射天線導(dǎo)向矢量、所述接收天線導(dǎo)向矢量和所述波束賦形向量初始值生成；

根據(jù)所述第二優(yōu)化目標(biāo)和所述第一約束條件集得到所述第二約束條件集。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的天線波束賦形方法，其特征在于，所述利用半正定松弛原理將所述第二約束條件集進行松弛，得到第三約束條件集，包括：

利用通信信道矩陣參數(shù)、波束賦形向量參數(shù)和信道增益參數(shù)對所述第二約束條件集進行更新，得到發(fā)射功率第二約束條件、信干噪比第二約束條件和采集功率第二約束條件；

利用通信信道矩陣參數(shù)、波束賦形向量參數(shù)和信道增益參數(shù)對所述第一優(yōu)化矩陣進行更新，得到第二優(yōu)化矩陣；

根據(jù)所述第二優(yōu)化矩陣生成第三優(yōu)化目標(biāo)，所述第三優(yōu)化目標(biāo)包括：所述波束賦形向量參數(shù)的秩為預(yù)設(shè)值，以及所述第二優(yōu)化矩陣中所有的元素均不小于零；

根據(jù)所述第三優(yōu)化目標(biāo)、所述發(fā)射功率第二約束條件、所述信干噪比第二約束條件和所述采集功率第二約束條件生成所述第三約束條件集。