本技术描述了一种毫米波大规模阵列的混合波束形成抗干扰方案,涵盖步骤S1:远场信号射向线性均匀布局的天线阵列,该阵列整合接收到的快拍数据形成模拟接收矩阵。
背景技术
在通信系统中,抗干扰技术是确保信号清晰度和减轻干扰影响的关键。特别是在传播环境复杂的现代通信系统中,有效的抗干扰方案对于提高系统性能和可靠性至关重要。因此,开发和实现先进的抗干扰策略和算法是通信技术领域的一个重点研究方向。自适应数字波束形成算法被广泛认为是有效抑制干扰的关键技术。Capon引入了最小方差无失真响应(MVDR)算法。基于这一前提,已有大量研究采用信号协方差矩阵重构增强算法的抗干扰性。在低频段被大量占用的情况下,采用高频段毫米波技术作为主流解决方案越来越成为必然。相比于传统频段,毫米波频段的损耗显著增加。为了抵消这种衰减,考虑采用大规模阵列来提供足够的增益。2010年,T.L.Marzetta首次提出了大规模多输入多输出(MIMO)的概念,并通过仿真证明了传统的数字波束赋形可以达到最优性能。然而,传统的自适应波束形成方法由于其开销过大,且阵列规模较大,并不适用于大规模MIMO系统。
混合波束形成集成了模拟和数字波束形成技术,以优化信号的传输和接收效率。这种方法有助于在模拟和数字领域中战略性地分配波束赋形责任,在卓越性能和经济可行性之间提供平衡。其核心挑战在于在硬件限制范围内最优地平衡模拟和数字波束赋形。混合波束赋形架构在当代大规模天线系统中受到了极大的关注。T.Lin提出了两种方法来解决恒模约束,显著地提高了波束形成器的性能。这两种方法不以最优数字波束形成为目标,而是直接最小化均方误差,标志着误码率的显著降低。正交约束和相位提取(OCPE)方法被提出,该方法涉及用于数字波束形成的正交约束和用于模拟波束形成的相位提取方法,使得该算法能够在使用较少的射频链路的情况下接近全数字波束形成器的性能,从而提高大规模MIMO系统中的能量效率。目前,这些混合波束成形算法没有考虑最大信干噪比(SINR)作为抗干扰度量,也没有考虑由于硬件限制而导致的显著性能下降。
经过检索中国专利公开号CN118249869A公开了一种基于大规模阵列系统的自适应波束形成抗干扰方法,具体公开了首先构建全数字波束形成优化模型,考虑了零点展宽,求解得到最优的全数字波束形成权矢量;之后采用OMP算法将得到的全数字波束形成权矢量作为最优量构建模拟波束形成矩阵,以及数字波束形成矩阵;最后将全数字与混合波束形成的抗干扰效果进行分析对比。但是该现有专利采用全连接结构,也就是每一条射频连通过移相器与所有天线相连,这行方法需要的移相器的数目比较多,资源需求大;同时该现有专利采用联合优化的方式,先根据MVDR准则求出最优解,再通过OMP算法求出对应的模拟和数字权重来逼近最优解,这种方式核心思想就是选择一个模拟权重,然后最后通过数字波束成形来补偿模拟成形的不足逼近最优值;这种方法无法考虑模拟波束成形的输出结果,可能导致模拟波束成形并没有起到抑制干扰的效果;当干扰较大时,考虑ADC的精度有限,可能使得后续数字波束成形接收到的信号超出ADC的动态范围,导致抗干扰效果急剧下降。
因此如何来研究一种在毫米波大规模阵列硬件限制的条件下有效抗干扰的方法,成为需要解决的技术问题。
实现思路