[发明专利]一种抑制波束间干扰的相控阵波束成形方法

说明书

本发明公开了一种抑制波束间干扰的相控阵波束成形方法，该方法在满足相控阵的恒模约束的条件下，通过引入权重因子，以最小化波束在干扰方向的功率和该波束在主瓣中心区域功率的线性组合为优化目标，借助流形优化工具箱，优化设计了单个或多个波束。在毫米波多用户通信系统中，本发明能在只使用模拟波束成形而不使用数字波束成形的条件下，达到近似混合波束成形的平均和速率性能，对用户间的干扰起到了有效的抑制作用。在雷达系统中，本发明给出的相控阵波束成形方法比起现有方法具有更好的干扰抑制性能。

技术领域

本发明涉及抑制波束间干扰的相控阵波束成形技术领域，特别是涉及一种抑制波束间干扰的相控阵波束成形方法。

背景技术

近年来随着无线通信的发展，无线电话业务一直在不断升级，移动通信系统面临着爆炸性的数据流量增长和海量设备连接，刺激了人们对将毫米波应用于无线通信的相关研究。毫米波的波长短，仅为数毫米，这使得毫米波通信能够在更小的天线尺寸条件下进行，收发端可以在有限的区域内配置大规模的天线阵列，毫米波系统主要利用该大规模天线阵列形成波束来实现高速率传输。但由于大量天线的存在，为每根天线分配专用的射频链路不仅在硬件上难以实现，还会造成高功耗以及高昂的射频链路成本，因此使用少量的射频链路通过一定数目的移相器驱动所有天线阵元的混合架构在现行的毫米波系统中广泛应用。

在毫米波多用户无线通信系统中，不同的数据流可以占用相同的时频资源，通过空分复用形成波束传输不同的数据。在实际工程中，不同的数据流之间会出现相互干扰。受到射频链数目的约束，需要通过移相器组成的相控阵网络对传输数据的波束进行设计，以达到抑制数据流间的干扰的目的。但由于移相器只有相位可调，相控阵中的每个元素均具有恒定模值的约束，因此如何在相控阵上进行抑制波束间干扰的波束成形设计是毫米波多用户无线通信系统的难点所在。

此外，在雷达系统中，通常希望通过最小化传输到噪声源和从噪声源接收到的信号的功率来抑制杂波和其他信号的干扰，因此，波束的干扰抑制设计对于提高雷达系统的性能具有重要意义。在波束方向图的特定方向上形成零陷是雷达系统中一种有效的抗干扰技术，纯相控阵网络因其馈电网络的经济性和简捷性在大型相控阵系统中备受关注，如何设计波束使其在特定方向形成零陷以达到抑制干扰的目的也是具有恒定模值约束的雷达系统的难点所在。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抑制波束间干扰的相控阵波束成形方法，该方法在满足相控阵的恒模约束下，通过引入权重因子，以最小化波束在干扰方向的功率和波束在主瓣中心区域功率的线性组合为优化目标，借助流形优化工具箱，优化设计了单个或多个波束。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种抑制波束间干扰的相控阵波束成形方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、针对一无线系统，构建以最小化波束在干扰方向的功率和波束在主瓣中心区域功率的线性组合为优化目标的优化问题；其中，所述的无线系统包括毫米波多用户无线通信系统和雷达系统，所述的优化问题满足相控阵中所有移相器的恒模约束；

步骤S2、通过求解步骤S1中构建的优化问题，为所述的无线系统设计单个或多个波束。

进一步的，在所述步骤S1中，当所述无线系统为毫米波多用户无线通信系统时，首先构建其下行信号传输模型，以最小化当前用户波束在其主瓣中心区域功率和该波束在其余用户波束主瓣中心区域的功率的线性组合为优化目标构建优化问题。

进一步的，在所述步骤S1中，若基站能够获得每个用户精确的出发角，则所述的主瓣中心区域简化为一个中心点。

进一步的，所述的下行信号传输模型具体表示为：