[发明专利]一种基于低分辨率相移器的多波束卫星通信鲁棒混合预编码方法

权利要求书

1.一种基于低分辨率相移器的多波束卫星通信鲁棒混合预编码方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1、基于多波束卫星对各用户的位置角度估计误差以及由于卫星姿态轨道控制而导致的公共角度误差，构建包含用户位置定位不确定性的多波束卫星下行信道矢量模型；再基于该多波束卫星下行信道矢量模型构建用户侧的接收信号模型；

步骤S2、对多波束卫星系统的和速率关于定位角度误差变量求数学期望，得到第k个用户的遍历传输速率，获取关于信道自相关矩阵的统计信道模型；

步骤S3、基于部分连接的混合预编码结构，关于模拟预编码矢量和数字预编码矢量构建多波束卫星系统和速率最大化的鲁棒混合预编码优化设计问题，约束条件为多波束卫星的每个天线阵元的功率值均小于某一门限值，其中，该优化设计问题定义为第一优化问题；

步骤S4、将步骤S3中构建的第一优化问题等价转化为用户信干噪比保障和单天线功率约束下的功率最小化问题，其中，该功率最小化问题，定义为第二优化问题；

步骤S5、固定模拟预编码矩阵，结合第二优化问题的拉格朗日函数及其KKT条件，将混合预编码结构中数字预编码的最优结构建模为一个广义特征值问题的解，计算最优数字预编码矢量；

步骤S6、固定最优数字预编码矢量，结合关于模拟预编码矢量的等价转化问题的拉格朗日函数及其对应的KKT条件，将模拟预编码的最优方向建模为一个广义特征值问题的解，计算获得最优模拟预编码矢量；其中，该等价转化后的关于模拟预编码矢量的设计问题定义为第三优化问题；

步骤S7、对模拟预编码矢量的相位进行离散化操作，同时保证多波束卫星系统和速率最大化；

步骤S8、利用次梯度投影技术及拉格朗日函数与其对偶函数的强对偶性确定拉格朗日乘子；

步骤S9、循环迭代步骤S4、步骤S5、步骤S6、步骤S7和步骤S8直至系统和速率性能收敛，获得最优数字预编码矢量和具有离散相位的模拟预编码矢量。

2.根据权利要求1所述的一种基于低分辨率相移器的多波束卫星通信鲁棒混合预编码方法，其特征在于，在所述步骤S1中，假设卫星对用户存在角度定位误差，引入定位角度误差变量后，多波束卫星到第k个用户的下行信道参数矢量h_k为:

在公式中，t表示时间，f表示系统频率，v_k表示平面阵天线相应矢量，表示由于多波束卫星移动导致的多普勒频偏，τ_k,l表示多波束卫星到第k个用户的第l条传播径的传播延时，表示传播延时τ_k,l的最小值，即表示第k个用户的下行信道增益，且满足：

其中，L_k表示多波束卫星到第k个用户的总传播径数，表示到第k个用户的第l条传播径的复数增益，表示在第l条传播径上由于第k个用户移动而导致的多普勒频移，表示用户侧传输延时，且满足：

3.根据权利要求2所述的一种基于低分辨率相移器的多波束卫星通信鲁棒混合预编码方法，其特征在于，在所述步骤S1中，构建包含用户位置定位不确定性的多波束卫星下行信道矢量模型，其还包括构建如下角度关系：

在公式中，θ_k为用户k相对于低轨道卫星平面阵天线y轴的准确角度，为用户k相对于低轨道卫星平面阵天线x轴的准确角度，和表示卫星对第k个用户的位置角度估计误差，和表示由于卫星姿态轨道控制而导致的公共角度检测误差，表示为用户k相对于低轨道卫星平面阵天线的y轴的估计角度，表示为用户k相对于低轨道卫星平面阵天线x轴的估计角度；

平面阵天线相应矢量满足以下关系：

在公式中，表示平面阵天线在x轴上的阵元响应矢量，表示平面阵天线在y轴上的阵元响应矢量，且二者分别满足：