一种基于导向矢量的全息MIMO天线阵列的波束赋形方法

本发明属于通信领域，更具体地，涉及一种基于导向矢量的全息mimo天线阵列的波束赋形方法。

背景技术：

1、与传统的mimo技术不同，全息波束赋形天线阵列无法有效感知环境中的电磁波信号，无线信道信息的获取较为困难。在无线信道信息无法有效获取时，全息mimo天线阵列发射或接收系数矩阵的确定可以采用穷举搜索法，但该方法的时间复杂度太高，如果对发射或接收系数进行q-bit量化且天线单元数为l＝m*n，那么该方法的时间复杂度为o(l*2q)，如果天线单元数量比较多，过高的时间复杂度无法适应快速变化的信道。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于导向矢量的全息mimo天线阵列的波束赋形方法，由此解决现有的全息mimo天线阵列的波束赋形方法时间复杂度高、无法适应快速变化的信道的技术问题。

2、为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种基于导向矢量的全息mimo天线阵列的波束赋形方法，包括：

3、s1，在用户端位置未知的情况下，任意设置角度组合将各角度组合对应的导向矢量aue作为码字；

4、其中，θ和分别为所述用户端相对于天线阵列的俯仰角和方位角，i对应天线阵列第m行第n列，m≤m，n≤n，m和n分别为天线阵列的行数和列数，dz为天线阵列单元的行间距，dy为天线阵列单元的列间距，λ为波长；

5、s2，分别将各码字进行量化后，作为所述天线阵列的发射或接收系数，并接收用户端反馈的接收信号强度；

6、s3，将接收信号强度最大的导向矢量作为所述天线阵列的最优发射或接收系数，根据所述最优发射或接收系数对所述天线阵列进行部署。

7、按照本发明的第二方面，提供了一种基于导向矢量的全息mimo天线阵列的波束赋形方法，包括：

8、s1，在用户端位置已知的情况下，根据用户端相对于天线阵列的俯仰角θ和方位角计算对应的导向矢量aue；

9、其中，i对应天线阵列第m行第n列，m≤m，n≤n，m和n分别为天线阵列的行数和列数，dz为天线阵列单元的行间距，dy为天线阵列单元的列间距，λ为波长；

10、s2，对所述导向矢量进行量化后，作为所述天线阵列的发射或接收系数，并对所述天线阵列进行部署。

11、按照本发明的第三方面，提供了一种基于导向矢量的全息mimo天线阵列的波束赋形装置，包括：

12、第一处理模块，在用户端位置未知的情况下，任意设置角度组合将各角度组合对应的导向矢量aue作为码字；

13、其中，θ和分别为所述用户端相对于天线阵列的俯仰角和方位角，i对应天线阵列第m行第n列，m≤m，n≤n，m和n分别为天线阵列的行数和列数，dz为天线阵列单元的行间距，dy为天线阵列单元的列间距，λ为波长；

14、第二处理模块，用于分别对各导向矢量进行量化后，作为所述天线阵列的发射或接收系数，并接收用户端反馈的接收信号强度；

15、第三处理模块，用于将接收信号强度最大的导向矢量作为所述天线阵列的最优发射或接收系数，根据所述最优发射或接收系数对所述天线阵列进行部署。

16、按照本发明的第四方面，提供了一种基于导向矢量的全息mimo天线阵列的波束赋形装置，包括：

17、第一处理模块，用于在用户端位置已知的情况下，根据用户端相对于天线阵列的俯仰角θ和方位角计算对应的导向矢量aue；

18、其中，i对应天线阵列第m行第n列，m≤m，n≤n，m和n分别为天线阵列的行数和列数，dz为天线阵列单元的行间距，dy为天线阵列单元的列间距，λ为波长；

19、第二处理模块，用于对所述导向矢量进行量化后，作为所述天线阵列的发射或接收系数，并对所述天线阵列进行部署。

20、按照本发明的第五方面，提供了一种基于导向矢量的全息mimo天线阵列的波束赋形系统，其特征在于，包括：计算机可读存储介质和处理器；

21、所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；

22、所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行如第一方面所述的方法。

23、按照本发明的第六方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现第一方面所述的方法。

24、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

25、1、本发明提供的方法，在用户端位置未知的情况下，通过改变用户端相对于天线阵列的方位角和俯仰角θ来产生不同方向的导向矢量，从而构造出一系列不同角度对应的码字，每间隔相同时间，将天线阵列的发射或接收系数切换为不同的码字，根据用户端反馈的接收信号强度即可筛选出天线阵列的最优发射或接收系数；用户端只需要按序反馈相应的信息，就可使得其获得较大的信号功率。对反馈时延的要求略低，对反馈信息的误码有一定的容错能力。

26、2、本发明提供的方法，具有较强的普适性，适用于各种天线阵列；如果对发射或接收系数进行q-bit量化且天线单元数为l＝m*n，那么该方法的时间复杂度仅为o(l)，相较于穷举搜索法，时间复杂度较低，能够在更短的时间内提高用户所在位置的信号强度。

27、3、本发明提供的方法，能够对室外快速变化的信道做出良好的响应，对信道波动的鲁棒性更高，可以通过接收端的时间平均来应对无线信道的时间变化，提升整体功率增益。

28、4、本发明提供的方法能够实现波束赋形等功能，以及软件控制的波束方向调控，以实现信号定向覆盖、干扰抑制等功能；不仅适用于5g通信系统，同样也适用于未来的6g、wlan等通信系统。

技术特征：

1.一种基于导向矢量的全息mimo天线阵列的波束赋形方法，其特征在于，包括：

2.一种基于导向矢量的全息mimo天线阵列的波束赋形方法，其特征在于，包括：

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，s2中，采用q bit量化，量化后天线单元的相移量的计算公式为：

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述天线阵列为upa阵列。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收信号强度为cqi、snr、sinr、rsrp、rsrq中的任一种。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中，每隔预设时间切换所述天线阵列的发射或接收系数，所述预设时间大于系统反馈链路时延。

7.一种基于导向矢量的全息mimo天线阵列的波束赋形装置，其特征在于，包括：

8.一种基于导向矢量的全息mimo天线阵列的波束赋形装置，其特征在于，包括：

9.一种基于导向矢量的全息mimo天线阵列的波束赋形系统，其特征在于，包括：计算机可读存储介质和处理器；

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述的方法。

技术总结
本发明公开了一种基于导向矢量的全息MIMO天线阵列的波束赋形方法，在用户端位置未知的情况下，基于导向矢量，通过任意设置的用户端相对于天线阵列的俯仰角和方位角组合，构建多个码字，根据用户端的反馈从中挑选出一个使接收端增益最大的码字，作为天线阵列的最佳发射或接收系数。用户端只需要按序反馈相应的信息，对反馈时延的要求略低，对反馈信息的误码具有一定的容错能力；相较于穷举搜索法，时间复杂度较低，性能良好；能够对室外快速变化的信道做出良好的响应，对信道波动的鲁棒性更高，提升整体功率增益。并且，在用户端位置已知的情况下，可直接确定天线阵列的发射或接收系数。

技术研发人员：李骏然,王涛,尹海帆,涂增基,陈杰,张宇豪
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13