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龙图腾网恭喜东南大学申请的专利一种基于辅助波束的毫米波阵列通信多用户波束跟踪方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116015375B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-05-09发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211597664.1，技术领域涉及：H04B7/0452；该发明授权一种基于辅助波束的毫米波阵列通信多用户波束跟踪方法是由戚晨皓;董颖;谢金通;陈康建设计研发完成，并于2022-12-12向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于辅助波束的毫米波阵列通信多用户波束跟踪方法在说明书摘要公布了：本发明给出了一种基于辅助波束的毫米波阵列通信多用户波束跟踪方法，包括如下步骤：构建毫米波多用户下行通信信号接收模型和毫米波通信下行信道模型；构建波束跟踪的优化问题模型；利用基于辅助波束的波束跟踪方法对构建的优化问题进行求解，得出信道出发角的估计值。本发明提供两种求解方法，一种是通过发射左右探测波束，并复用通信波束、构建小维度稀疏模型提高角度判决准确率，在实现高精度波束跟踪的同时，扩大了波束跟踪范围，解决了现有算法中波束跟踪范围较小的问题；另一种是通过发射差分波束作为辅助波束并引入和差比率估计信道出发角，与现有算法相比，能够以更低的跟踪开销获得更大的波束跟踪范围并提供高精度的波束跟踪结果。

本发明授权一种基于辅助波束的毫米波阵列通信多用户波束跟踪方法在权利要求书中公布了：1.一种基于辅助波束的毫米波阵列通信多用户波束跟踪方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1构建毫米波多用户下行通信信号接收模型和毫米波通信下行信道模型；2构建波束跟踪的优化问题模型；3利用基于辅助波束的波束跟踪方法对所述优化问题进行求解，获得信道出发角AoD的估计值；具体的，包括两种求解方法，第一种是基站发射左右探测波束，并复用通信波束，用户通过构建小维度稀疏模型进行求解；第二种是通过基站发射差分波束作为辅助波束进行求解；步骤1的子步骤如下：1.1考虑一个基站服务K个用户的下行通信场景，基站与用户端均采用均匀直线天线阵列且相邻两个天线间距为半波长宽度；用户端采用模拟波束成形架构，每个用户通过1个射频链路与Nr根接收天线连接；基站端共配有Nt根发射天线，并采用全连接的混合波束成形架构，通过NRF个射频链路与这Nt根天线连接，并满足Nt＞＞NRF≥K，则毫米波通信多用户下行信号接收模型建立为 其中yk表示第k个用户的接收信号；和分别表示基站端的模拟波束成形矩阵和数字波束成形矩阵；表示第k个用户用于接收基站信号的模拟波束成形向量；表示基站与第k个用户间的毫米波下行MIMO信道；表示传输信号向量，满足P为基站的总发射功率；表示第k个用户接收到的零均值加性复高斯白噪声向量；·H表示共轭转置运算；1.2假设基站与第k个用户设备间具有Lk条路径，采用如下信道模型对毫米波通信下行信道进行建模： 其中αl,k表示第l条路径的信道增益，θl,k∈[-1,1]为第l条路径的信道AoD，vl,k∈[-1,1]表示第l条路径的信道到达角；aNt,θ表示阵列导向矢量，具体表达式为 上式中·T表示转置运算；步骤2的子步骤如下：2.1考虑基站端信道AoD的波束跟踪，对多个用户采用时分多址的方式分别进行波束跟踪，定义fk＝FRF[FBB]:,k表示基站指向第k个用户的混合波束成形向量，其中[FBB]:,k表示FBB的第k列，则基站对第k个用户的波束跟踪是设计最匹配于Hk的fk和wk，建立优化问题如下： 其中||·||2表示向量的l2范数；采用所述第一种方法对步骤2中构建的优化问题进行求解的子步骤如下：3.1.1定义t时刻基站发射的通信波束指向为η，定义t+1时刻的用户的信道AoD为θ，定义一个辅助波束对是分别指向η-δ和η+δ的两个波束，这两个波束分别表示为 其中参数为估计θ，基站先发射辅助波束aNt,η-δ，用户采用导向矢量aNr,v作为接收波束，若信道视距径远强于非视距径，则接收信号表示为 其中α、v和θ分别表示信道视距径的路径增益、信道到达角和信道AoD；L表示基站与用户间的路径数目；x为基站给用户发送的导频符号，满足的功率约束，则接收信号的功率表示为 经过噪声平均，xΔ简化表示为 基站发射辅助波束aNt,η+δ，用户采用波束aNr,v作为接收波束时，若信道视距径远强于非视距径，则接收信号表示为 对应的接收信号功率近似表示为 3.1.2定义度量比率ζ为 定义将ζ对z求导得 当|θ-η|≤δ时，则根据ζ的反函数得到θ的估计值为 当|θ-η|δ时，分别在θ-η-δ以及θ-ηδ两个单调区间内进行反函数运算得到θ的估计值均为 还包括步骤3.1.3通过复用通信波束aNt,η扩大波束跟踪范围，具体3个细分步骤如下：a定义指向η-2δ的波束aNt,η-2δ为左探测波束，定义指向η+2δ的波束aNt,η+2δ为右探测波束；用户采用波束aNr,v作为接收波束时，对应于基站发射左探测波束、通信波束和右探测波束的接收信号分别定义为yL,yC和yR；将|yL|2和|yC|2分别作为xΔ和x∑代入3.1.2计算出此时的度量比率ζL，并计算和定义和将|yC|2和|yR|2分别作为xΔ和x∑代入3.1.2计算出此时的度量比率ζR，并计算和定义和构成了θ估计值的可能取值向量；b令y＝[yL,yC,yR]H，定义字典矩阵定义矩阵则构建下行信号传输的小维度稀疏模型 其中为稀疏度为1的向量；是基站发射左探测波束、通信波束和右探测波束时的接收噪声向量构成的矩阵；定义为一个与视距径路径增益、导频符号以及用户端波束增益有关的常数；θ的估计值可通过求解以下优化问题获得 其中||·||0表示向量的l0范数；c定义矩阵计算y在A的每一列上的投影并从中选取最大的列索引iopt，具体表示为 则θ的估计值为采用所述第二种方法对步骤2中构建的优化问题进行求解的子步骤如下：3.2.1定义左波束为aM,η，η为t时刻基站发射的通信波束指向，定义右波束为ejMπηaM,η，则t时刻基站发射的通信波束aNt,η为左波束和右波束的叠加，即 其中定义差分波束为 3.2.2t时刻基站发射通信波束aNt,η，用户端采用aNr,v作为接收波束，此时忽略噪声条件下的接收信号表示为fC＝p1θ,η+p2θ,η＝1+e-jπMθ-ηp1θ,η其中， p2θ,η＝e-jπMθ-ηp1θ,η其中L表示基站与用户间的路径数目；基站端再发射差分波束aΔNt,η，用户端采用aNr,v作为接收波束，此时忽略噪声条件下的接收信号表示为fD＝p1θ,η-p2θ,η＝1-e-jπMθ-ηp1θ,η3.2.3定义和差比率r 则θ的估计值为 其中Imag{r}表示对r取虚部。

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