一种基于概率约束的分布式波束成型方法及装置与流程

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于概率约束的分布式波束成型方法及装置。

背景技术：

分布式波束成型(distributed-beam-forming)是一种协同通信技术，适用于长距离传输，由多个发射装置发送相同的信息给接收装置，并通过控制发射装置的发射相位使多个发射装置的信号在接收装置中进行有效的合并。

当单个发射装置与接收装置无法建立双向通信时，多个发射装置同时发送相同的信息，是一个可选的策略。由于接收装置与各个发射装置之间存在微小的距离差异，从而导致接收装置收到的信号是不同相位的叠加。因此需要调整各个发射装置的发送相位，使得所有发射装置发送的信号在接收装置处实现相位耦合，进而获得协作增益，是分布式波束形成的重要研究内容。

近年来，利用单比特反馈信息的相位同步算法被提出，并得到了广泛的研究。该方法可以在有限的反馈信道容量下，通过单比特信息实现发射端设备到接收端设备的相位同步，单比特反馈框架是分布式波束成型中简单且高效的框架。发射装置根据接收的单比特反馈信息决定是否保留上述信道偏移相位。由于发射装置之间无法沟通各自的发送相位，且单比特反馈信息是根据接收信号的变化生成的，这对于通过调整发射装置的信号处理策略，从而使接收装置获得协作增益良好的rss值(received-signal-strength，接收信号强度)带来极大的挑战。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于概率约束的分布式波束成型方法及装置，旨在提供一种发射信号的调整处理策略，从而提供一种速度快，精度高的rss值获取途径。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于概率约束的分布式波束成型方法，包括：

确定扰动区间表，所述扰动区间表包括扰动值，每个扰动值对应的权值；

从所有发射装置中随机选取一个发射装置，根据所述随机选取的发射装置的随机数与贪心概率的比较结果确定扰动值；

根据接收装置的当前rss值与前期rss值比较结果的反馈信息确定扰动值，具体为：当接收装置反馈的信息为当前rss值大于前期rss值时，所述发射装置保留各自初相位上增加的扰动值，逐步增加扰动区间表中扰动值的权值，并调整所述贪心概率为1，否则，所述发射装置舍弃各自初相位上增加的扰动值，逐步减小扰动区间表中扰动值的权值，并调整所述贪心概率；

确定所有发射装置的扰动值，所有发射装置将发射信号发送至所述接收装置，以便所述接收装置进行相位耦合。

进一步，所述确定扰动区间表包括：

建立每个发射装置的扰动区间，将+δ,-δ作为基本扰动值，其中，δ∈(0,2π]；

形成+δ,-δ,+kδ,-kδ,+2kδ,-2kδ,...,+nkδ,-nkδ共2(n+1)个扰动值，每个扰动值对应权值qj，其中，n为正整数，k大于0，j为扰动值的序号。

进一步，所述根据所述随机选取的发射装置的随机数与贪心概率的比较结果确定扰动值的步骤，包括：

初始化参数，设置权值调节因子v＝0.3，k＝3，n＝1，确定扰动区间表，所述扰动区间表包括扰动值，每个扰动值对应的权值qj，扰动值的序号j；

令所述贪心概率为ep，z≥1，设置z的最大值zmax＝10，设置贪心概率对所有发射装置分别随机赋予一个随机数，其中，所述发射装置的随机数为zi，zi∈(0,1)，i为所述发射装置的编号；

判断zi是否大于ep，若是，在扰动区间表中等概率随机选择一个扰动值，若否，选择扰动区间表中权值最大的扰动值。

进一步，所述根据接收装置的当前rss值与前期rss值比较结果的反馈信息确定扰动值的步骤，包括：

记录所有发射装置中各自选择的扰动值的权值qi，在各个所述发射装置的当前相位上各自增加对应的扰动值；

将各个所述发射装置中增加所述扰动值的发射信号发送至接收装置，根据所述接收装置的反馈信息判断所述接收装置的rss值是否有更新，若否，舍弃各个所述发射装置的当前相位上的扰动值，更新扰动区间表中的权值为v·qj，更新贪心概率为若是，保留各个所述发射装置的当前相位上的扰动值，更新扰动区间表中的权值为qj+v，更新贪心概率为

进一步，所述确定所有发射装置的扰动值之后，所述方法还包括：

所述接收装置根据接收的发射信号计算当前rss值；

比较当前rss值与前期rss值的大小，当所述当前rss值大于前期rss值时，所述接收装置将当前rss值作为前期rss值，向所述发射装置反馈rss值有更新的信息；否则，所述接收装置维持前期rss值不变，向所述发射装置反馈前期rss值维持不变的信息；

当所有发射装置均反馈扰动值已确定的信息后，所述接收装置对所有发射装置的发射信号进行相位耦合。

一种基于概率约束的分布式波束成型装置，包括：

扰动区间表确定单元，用于确定扰动区间表，所述扰动区间表包括扰动值，每个扰动值对应的权值；

扰动值选取单元，用于从所有发射装置中随机选取一个发射装置，根据所述随机选取的发射装置的随机数与贪心概率的比较结果选取扰动值；

扰动值确定单元，用于根据接收装置的当前rss值与前期rss值比较结果的反馈信息确定扰动值，具体为：当接收装置反馈的信息为当前rss值大于前期rss值时，所述发射装置保留各自初相位上增加的扰动值，逐步增加扰动区间表中扰动值的权值，并调整所述贪心概率为1，否则，所述发射装置舍弃各自初相位上增加的扰动值，逐步减小扰动区间表中扰动值的权值，并调整所述贪心概率；

反馈单元，用于确定所有发射装置的扰动值，所有发射装置将发射信号发送至所述接收装置，以便所述接收装置进行相位耦合。

进一步，所述扰动区间表确定单元具体用于：

建立每个发射装置的扰动区间，将+δ,-δ作为基本扰动值，其中，δ∈(0,2π]；

形成+δ,-δ,+kδ,-kδ,+2kδ,-2kδ,...,+nkδ,-nkδ共2(n+1)个扰动值，每个扰动值对应权值qj，其中，n为正整数，k大于0，j为扰动值的序号。

进一步，所述扰动值选取单元包括：

初始化单元，用于初始化参数，设置权值调节因子v＝0.3，k＝3，n＝1，确定扰动区间表，所述扰动区间表包括扰动值，每个扰动值对应的权值qj，扰动值的序号j；

赋值单元，用于令所述贪心概率为ep，z≥1，设置z的最大值zmax＝10，设置贪心概率对所有发射装置分别随机赋予一个随机数，其中，所述发射装置的随机数为zi，zi∈(0,1)，i为所述发射装置的编号；

权值选择单元，用于判断zi是否大于ep，若是，在扰动区间表中等概率随机选择一个扰动值，若否，选择扰动区间表中权值最大的扰动值。

进一步，所述扰动值确定单元具体用于：

记录所有发射装置中各自选择的扰动值的权值qi，在各个所述发射装置的当前相位上各自增加对应的扰动值；

将各个所述发射装置中增加所述扰动值的发射信号发送至接收装置，根据所述接收装置的反馈信息判断所述接收装置的rss值是否有更新，若否，舍弃各个所述发射装置的当前相位上的扰动值，更新扰动区间表中的权值为v·qj，更新贪心概率为若是，保留各个所述发射装置的当前相位上的扰动值，更新扰动区间表中的权值为qj+v，更新贪心概率为

进一步，所述反馈单元还包括：

比较单元，用于根据接收的发射信号计算当前rss值；

更新单元，用于比较当前rss值与前期rss值的大小，当所述当前rss值大于前期rss值时，所述接收装置将当前rss值作为前期rss值，向所述发射装置反馈rss值有更新的信息；否则，所述接收装置维持前期rss值不变，向所述发射装置反馈前期rss值维持不变的信息；

相位耦合单元，用于当所有发射装置均反馈扰动值已确定的信息后，所述接收装置对所有发射装置的发射信号进行相位耦合。

本发明的有益效果是：本发明公开一种基于概率约束的分布式波束成型方法及装置，首先确定扰动区间表，所述扰动区间表包括扰动值，每个扰动值对应的权值；接着从所有发射装置中随机选取一个发射装置，根据所述随机选取的发射装置的随机数与贪心概率的比较结果确定扰动值；进而根据接收装置的当前rss值与前期rss值比较结果的反馈信息确定扰动值，确定所有发射装置的扰动值，所有发射装置将发射信号发送至所述接收装置，以便所述接收装置进行相位耦合，本发明采用的发射信号调整处理策略，提供了一种速度快，精度高的rss值获取途径。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一种基于概率约束的分布式波束成型方法的流程示意图；

图2是一种优选的分布式波束成型方法实施例的流程示意图；

图3是本发明实施例步骤s140的流程示意图；

图4是本发明实施例一种基于概率约束的分布式波束成型装置的结构示意图；

图5是本发明实施例扰动值选取单元的结构示意图；

图6是本发明实施例反馈单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所以其他实施例，都属于本发明的保护范围。

参考图1，本发明实施例提供的一种基于概率约束的分布式波束成型方法，包括以下步骤：

步骤s110、确定扰动区间表，所述扰动区间表包括扰动值，每个扰动值对应的权值；

在一个优选的本实施例中，所述确定扰动区间表包括：

建立每个发射装置的扰动区间，将+δ,-δ作为基本扰动值，δ∈(0,2π]；

形成+δ,-δ,+kδ,-kδ,+2kδ,-2kδ,...,+nkδ,-nkδ共2(n+1)个扰动值，每个扰动值对应权值qj，其中，n为正整数，k大于0，j为扰动值在扰动区间表中的序号。

本实施例中，所述扰动值为信道偏移相位值，作为调节发射信号初相位的调节量，所述基本扰动值为一个最小单位的相位值。

表1列出了当n＝1时的扰动区间表，其中，每个扰动值对应权值均为0，具体如下所示。

表1：n＝1时的扰动区间表。

步骤s120、所有发射装置各自随机选取一个随机数，根据所述随机数与贪心概率的比较结果确定各自的扰动值，其中，所述随机数为zi，zi∈(0,1)，i为所述发射装置的编号，所述贪心概率为ep，z≥1；

步骤s130、当接收装置反馈的信息为当前rss值大于前期rss值时，所述发射装置保留各自初相位上增加的扰动值，逐步增加扰动值的权值，并调整所述贪心概率为1，否则，所述发射装置舍弃各自初相位上增加的扰动值，逐步减小扰动值的权值，并调整所述贪心概率；

本实施例中，各个发射装置通过调整各自的扰动值，将不同扰动值的发射信号发送给接收装置，接收装置判断所能获得的最大rss值，确定在接收装置获得最大rss值时，发射装置的扰动值。

步骤s140、确定所有发射装置的扰动值，所有发射装置将发射信号发送至所述接收装置，以便所述接收装置进行相位耦合。

相比当前主流的方法，本实施例具有速度快，精度高的特点。在0-800时隙中，本实施例方法获得的rss值大于当前主流方法获得的rss值，这表示本实施例方法的速度更快。在1400-2000时隙中，本实施例方法获得的rss值仍然更加贴近理想状态下的rss值，由此表示本实施例方法的在精度方面更有优势。

参考图2，下面给出一个优选的实施例步骤：

步骤s210、初始化参数，设置权值调节因子v＝0.3，k＝3，n＝1，确定扰动区间表，所述扰动区间表包括扰动值，每个扰动值对应的权值qj，扰动值的序号j；

步骤s220、设置z的最大值zmax＝10，设置贪心概率对所有发射装置分别随机赋予一个随机数zi，其中，zi∈(0,1)，i为所述发射装置的编号；

步骤s230、判断zi是否大于ep，若是，在扰动区间表中等概率随机选择一个扰动值，若否，选择扰动区间表中权值最大的扰动值；

步骤s240、记录所有发射装置中各自选择的扰动值的权值qi，在各个所述发射装置的当前相位上各自增加对应的扰动值；

步骤s250、将各个所述发射装置中增加所述扰动值的发射信号发送至接收装置，根据所述接收装置的反馈信息判断所述接收装置的rss值是否有更新，若否，执行步骤s260，若是，执行步骤s270；

步骤s260、舍弃各个所述发射装置的当前相位上的扰动值，更新扰动区间表中的权值为v·qj，更新贪心概率为并跳转到步骤s210；

步骤s270、保留各个所述发射装置的当前相位上的扰动值，更新扰动区间表中的权值为qj+v，更新贪心概率为并跳转到步骤s210；

步骤s280、确定所有发射装置的扰动值，所有发射装置将发射信号发送至所述接收装置，以便所述接收装置进行相位耦合。

需要说明的是，在一个分布式波束成型系统中，应用本实施例提供的一种基于概率约束的分布式波束成型方法，通常需要确定的发射装置进行分布式波束成型的协作传输，接收装置会将满足设定条件的发射装置作为确定的发射装置，但是，由于设定条件可以动态调整，因此发射装置可以在进行波束成型前根据设定条件筛选确定的发射装置。

本实施例中，当确定好发射装置和接收装置后，各个发射装置通过调整各自的扰动值，根据接收装置反馈的信息调整各自初相位上的扰动值、扰动值的权值，并调整所述贪心概率，最终使得接收装置获得的最大rss值，从而确定所有发射装置的扰动值，通过将发射信号发送至所述接收装置，以便所述接收装置进行相位耦合。

参考图3，作为本实施例的进一步改进，所述步骤s140还包括：

步骤s141、根据接收的发射信号计算当前rss值；

步骤s142、判断当前rss值是否大于前期rss值，若是，执行步骤s143；若否，执行步骤s144；

步骤s143、所述接收装置将当前rss值作为前期rss值，向所述发射装置反馈rss值有更新的信息；

步骤s144、所述接收装置维持前期rss值不变，向所述发射装置反馈前期rss值维持不变的信息；

步骤s145、判断所有发射装置是否均反馈扰动值已确定的信息，若否，跳转到步骤s141；若是，执行步骤s146。

步骤s145、所述接收装置对所有发射装置的发射信号进行相位耦合。

本实施例中，接收装置判断所能获得的最大rss值，所有发射装置扰动值均已确定时，所述接收装置对所有发射装置的发射信号进行相位耦合，使得接收装置获得最大rss值。

作为本实施例的进一步改进，在分布式波束成型中，设节点编号为i的发射装置的发射信号为xi＝cos(wt+θi)，其中，θi是节点i的发送相位，w是发送角频率，t是发射信号的时刻，则接收装置的接收信号为其中，δi是编号为i的发射装置确定的扰动值，φi是编号为i的发射装置与接收装置之间的相位偏差值，i＝1,2,...,m，m为所有发射装置的总数，y为当前rss值。

作为本实施例的进一步优化，所述接收装置的接收信号通过以下改进的步骤获得：

确定各个所述发射装置中所有扰动值δj，以及所有扰动值δj在扰动区间表所对应的权值qj；

对每个所述发射装置的权值qj归一化，设归一化的发射装置中扰动值δj对应的权重为wj，通过以下公式计算得出wj：

确定所述发射装置最终的扰动值δi，所述最终的扰动值δi通过公式δi＝wj·δj计算得出；

则完成相位耦合后的接收装置的接收信号为

在一个或多个实施例中，各个发射装置确定各自的发送相位，接收装置根据接收信号是否有改善生成单比特反馈信息，并将该单比特反馈信息反馈给所有的发射装置。经过多次迭代之后，所有的发射装置发送的信号在接收装置形成相位耦合，rss值获得提高。

参考图4，本发明实施例还一种基于概率约束的分布式波束成型装置，包括：

扰动区间表确定单元100，用于确定扰动区间表，所述扰动区间表包括扰动值，每个扰动值对应的权值；

扰动值选取单元200，用于从所有发射装置中随机选取一个发射装置，根据所述随机选取的发射装置的随机数与贪心概率的比较结果选取扰动值；

扰动值确定单元300，用于根据接收装置的当前rss值与前期rss值比较结果的反馈信息确定扰动值，具体为：当接收装置反馈的信息为当前rss值大于前期rss值时，所述发射装置保留各自初相位上增加的扰动值，逐步增加扰动区间表中扰动值的权值，并调整所述贪心概率为1，否则，所述发射装置舍弃各自初相位上增加的扰动值，逐步减小扰动区间表中扰动值的权值，并调整所述贪心概率；

反馈单元400，用于确定所有发射装置的扰动值，所有发射装置将发射信号发送至所述接收装置，以便所述接收装置进行相位耦合。

作为本实施例的进一步优化，所述扰动区间表确定单元100具体用于：

建立每个发射装置的扰动区间，将+δ,-δ作为基本扰动值，δ∈(0,2π]；

形成+δ,-δ,+kδ,-kδ,+2kδ,-2kδ,...,+nkδ,-nkδ共2(n+1)个扰动值，每个扰动值对应权值qj，其中，n为正整数，k大于0，j为扰动值的序号。

参考图5，作为本实施例的进一步优化，所述扰动值选取单元200包括：

初始化单元210，用于初始化参数，设置权值调节因子v＝0.3，k＝3，n＝1，确定扰动区间表，所述扰动区间表包括扰动值，每个扰动值对应的权值qj，扰动值的序号j；

赋值单元220，用于令所述贪心概率为ep，z≥1，设置z的最大值zmax＝10，设置贪心概率对所有发射装置分别随机赋予一个随机数，其中，所述发射装置的随机数为zi，zi∈(0,1)，i为所述发射装置的编号；

权值选择单元230，用于判断zi是否大于ep，若是，在扰动区间表中等概率随机选择一个扰动值，若否，选择扰动区间表中权值最大的扰动值。

作为本实施例的进一步优化，所述扰动值确定单元300具体用于：

记录所有发射装置中各自选择的扰动值的权值qi，在各个所述发射装置的当前相位上各自增加对应的扰动值；

将各个所述发射装置中增加所述扰动值的发射信号发送至接收装置，根据所述接收装置的反馈信息判断所述接收装置的rss值是否有更新，若否，舍弃各个所述发射装置的当前相位上的扰动值，更新扰动区间表中的权值为v·qj，更新贪心概率为若是，保留各个所述发射装置的当前相位上的扰动值，更新扰动区间表中的权值为qj+v，更新贪心概率为

参考图6，作为本实施例的进一步优化，所述反馈单元400还包括：

比较单元410，用于根据接收的发射信号计算当前rss值；

更新单元420，用于比较当前rss值与前期rss值的大小，当所述当前rss值大于前期rss值时，所述接收装置将当前rss值作为前期rss值，向所述发射装置反馈rss值有更新的信息；否则，所述接收装置维持前期rss值不变，向所述发射装置反馈前期rss值维持不变的信息；

相位耦合单元430，用于当所有发射装置均反馈扰动值已确定的信息后，所述接收装置对所有发射装置的发射信号进行相位耦合。

尽管本公开的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本公开的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本公开进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本公开的非实质性改动仍可代表本公开的等效改动。