[发明专利]一种大规模天线系统中波束宽度优化方法及切换方法

权利要求书

1.一种大规模天线系统中波束宽度优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

获得数据速率c与基站BS的有效波束宽度θ_BS的关系式c＝log₂(1+γ(θ_BS))，其中γ(θ_BS)代表γ是以θ_BS为自变量的函数；

获得用户终端UE前后时刻位置与基站BS位置之间的角度差Δα，Δα＝α_t+1-α_t，

其中，α_t+1为后一时刻用户终端UE位置与基站BS位置在指定方向的夹角，α_t为前一时刻用户终端UE位置与基站BS位置在指定方向的夹角，

v为用户终端UE的移动速度，t为用户终端UE移动的指定时间，β为前一时刻用户终端UE的移动方向与基站BS水平向外延伸指定方向的夹角，s_t为前一时刻用户终端UE至基站BS之间的距离，s_t+1为后一时刻用户终端UE至基站BS之间的距离，

根据角度差Δα确定波束切换概率p_switch和切换开销m，根据执行一次切换操作所需的切换开销m是定值，得到切换开销m正比于波束切换概率p_switch，即m(θ_BS,v)∝p_switch(θ_BS,v)，其中，p_switch(θ_Bs，v)代表p_switch是以θ_BS和v为自变量的函数，m(θ_BS，v)代表m是以θ_BS和v为自变量的函数，Δα(v)是以角度差Δα是以v为自变量的函数；

设置优化目标为确定约束条件s.t.γ≥TH、vt＜d；

其中，TH为满足链路质量的最低阈值、d为基站BS的覆盖范围；根据数据速率c和切换开销m构建目标函数即为

根据目标函数的约束条件求解目标函数得到后一时刻有效波束宽度θ_BS的最优值，

Δα＜θ_BS时，优化函数

将分贝形式的信噪比γ_dB替换绝对形式的信噪比γ得到优化函数为

根据和γ_dB＝10logγ得到

其中，P_t为发射功率，N为噪声，P_t和N为定值；PL为路径损耗，PL与用户终端UE和基站BS之间的距离相关，在低速移动下路径损耗PL视为定值；G_t为基站BS的波束增益，G_t(θ_BS)代表G_t是以θ_BS为自变量的函数；G_r为用户终端UE的波束增益，G_r(θ_UE)代表G_r是以θ_UE为自变量的函数；

将定义为a，将定义为b，代入优化函数简化得到

根据切换开销m与波束切换概率p_switch的比值k为定值；根据波束垂直方向的角度为定值，则b为定值；根据θ_UE固定，则G_r(θ_UE)为定值，以及根据P_t、N、PL为定值，则a为定值；得到为凸函数；

根据凸函数求解得到后一时刻有效波束宽度θ_BS的最优值。