[发明专利]一种适用于无线通信公共信道的数模混合波束成形方法

权利要求书

1.一种适用于无线通信公共信道的数模混合波束成形方法，在保证所设置的任意大小扇区内所有用户服务质量的同时最小化传输功率并提高功放效率，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将原始优化问题转换为一个全数字波束成形设计问题，使用波束方向图作为优化变量，并利用帕塞瓦尔等式推导出最优的波束方向图；

(2)基于滤波器设计原理和凸优化技术，将非凸问题转换成多凸问题，并迭代求解得出目标数字波束成形矢量，逼近理想的波束方向图；其中利用波束方向图和FIR滤波器响应之间的联系，采用半正定规划来折中 波束方向图参数之间的内在关系，进而获得一个接近理想波束方向图的全数字波束成形矢量，在每次迭代中求解半正定规划问题以解决转换之后的优化问题；

(3)用等波束方向图原理提升PAPR效果，从与步骤(2)得到的目标数字波束成形矢量具有相同波束方向图的波束成形矢量的子集中搜索出PAPR最低的数字波束成形矢量，获得PAPR最低的全数字波束方向图；

(4)用三角构造原理得到模拟波束成形矩阵和基带波束成形矢量；

步骤(1)中转换后的优化问题表示为：

subject to

其中，ρ为发射功率，w₁为数字的波束成形矢量，P^out为中断概率，为最大可接受中断概率；

目标用户随机分布在角度区间为的扇区中，在空间频率域w₁的最优波束方向图表示为：

其中，表示扇区区间的空间频率域，表示扇区区间外的空间频率域，为理想波束增益，D为天线间距比；

步骤(2)中，对于任意给定的传输带宽Δ_T，将步骤(1)中的优化问题转化为下面易于处理的优化问题

subject to

其中，σ表示内波束增益波动，同时又分成过渡带和阻带两部分，用于表示阻带，r_s表示中最大可接受的波束增益，α(arcsin(x))表示在方向arcsin(x)上的BS阵列矢量；对第一个约束条件进行变量代换w₁＝w_1,1+w_1,2，转换为如下两个约束：

这样非凸的优化问题转换为多凸问题，即当给定w_1,2时，问题对于w_1,2为凸，反之亦然；然后利用迭代的方法，依次以w_1,1和w_1,2交替作为优化变量，最终以收敛时的w_1,1+w_1,2作为目标数字波束成形矢量

步骤(4)中，设置基带波束成形矢量其中可以满足在约束下，的三角构造的充要条件，当得到则利用三角构造定理来计算模拟波束成形矩阵使得其中为PAPR最低的全数字波束成形矢量，为的每个元素，M为天线数目，N_RF为射频链路个数。

2.根据权利要求1所述的混合波束成形方法，其特征在于，步骤(3)中，包括：

(3.1)求解多项式方程其中，为目标数字波束成形矢量的每个元素，M为天线数目，依据每一个根与其共轭逆的差别，将这M-1个根按差别降序排列为x₁,x₂,...,x_M-1；

(3.2)从与具有相同波束方向图的2^M-1个波束成形矢量的子集中搜索PAPR最低的

3.根据权利要求2所述的混合波束成形方法，其特征在于，步骤(3.2)中，的搜索在子集合：

中进行，其中{a_m,m＝Q+1,...,M-1}是预先随机决定的，其中Q是搜索参数，有Q≤M。