CN114499718A

CN114499718A - 一种波束赋形方法和装置

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Publication number: CN114499718A
Application number: CN202210079732.9A
Authority: CN
Inventors: 王志勤; 焦慧颖; 杜滢; 沈霞; 闫志宇; 刘晓峰; 魏贵明; 徐菲
Original assignee: China Academy of Information and Communications Technology CAICT
Current assignee: China Academy of Information and Communications Technology CAICT
Priority date: 2022-01-24
Filing date: 2022-01-24
Publication date: 2022-05-13

Abstract

本发明公开一种波束赋形方法，用于无线通信系统中，所述无线通信系统中包含网络设备、中间设备和用户设备；包含：对预设范围内的无线通信系统，先计算网络设备到中间设备和中间设备到每个用户设备的信道大尺度衰落系数，再计算每个用户设备的遍历容量，所述遍历容量是关于网络设备侧波束形成矢量和中间设备侧相移矢量的函数；对遍历和容量在第一约束条件下，通过联合设计所述网络设备侧波束形成矢量和中间设备侧相移矢量，寻求最大值，得到最优波束形成矢量和最优相移矢量；所述第一约束条件为，网络设备发射功率和中间设备相移角度均受限。本发明还公开一种波束赋形装置，使用所述方法。本发明计算复杂度低，具有较高的工程应用价值。

Description

一种波束赋形方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种波束赋形方法和装置。

背景技术

随着无线移动设备的爆炸性增长以及其他射频应用的迅速扩张，无线电频谱拥挤现象愈发加剧，无线通信与雷达感知所使用频段逐渐重合。为了更加高效的利用无线频谱资源，通信与雷达频谱共存(CRC，communication-radar coexistence，即通信与雷达系统在同一频段共存并同时运行)正在成为研究热点。现有的基于认知无线电的频谱共存技术仅适用于通信系统间频谱共存场景，不能有效解决通信雷达共存问题；其他考虑通信雷达共存场景的研究工作则主要聚焦重新设计雷达或通信发射波形，以达到通信与雷达的性能权衡，但鲜有对通信系统进行最优波束赋形设计，使通信系统不干扰雷达系统正常工作且使通信系和速率达到最优的方法。

发明内容

本发明提供一种波束赋形方法和装置，解决现有方法计算复杂的问题。

为解决上述问题，本发明是这样实现的：

本发明实施例提供一种波束赋形方法，用于无线通信系统中，所述无线通信系统中包含网络设备、中间设备和用户设备；所述网络设备发出的业务信号经所述中间设备反射至用户设备，包含以下步骤：对预设范围内的无线通信系统，先计算网络设备到中间设备和中间设备到每个用户设备的信道大尺度衰落系数，再计算每个用户设备的遍历容量，所述遍历容量是关于网络设备侧波束形成矢量和中间设备侧相移矢量的函数。对遍历和容量在第一约束条件下，通过联合设计所述网络设备侧波束形成矢量和中间设备侧相移矢量，寻求最大值，得到最优波束形成矢量和最优相移矢量；所述遍历和容量为每个用户的所述遍历容量的和，所述第一约束条件为，网络设备发射功率和中间设备相移角度均受限。

优选地，所述得到最优波束形成矢量和最优相移矢量的步骤，进一步包含：将所述中间设备侧相移矢量设定为任意值，对所述遍历和容量在网络设备发射功率受限条件下，通过设计网络设备侧波束形成矢量，寻求最大值，得到所述最优波束形成矢量。在中间设备相移角度受限条件下，根据用户设备和中间设备间的位置关系，通过设计所述中间设备侧相移矢量，使每个用户设备的接收信号功率最大，得到所述最优相移矢量。

优选地，所述预设范围为以中间设备为中心，边长不大于20m×20m的正方形范围。

优选地，所述网络设备的天线数不小于16，所述中间设备的天线单元数不少于100，所述用户设备的数量不少于5。

优选地，所述通过设计网络设备侧波束形成矢量，寻求最大值，得到所述最优波束形成矢量的步骤，进一步包含：根据网络设备和中间设备和用户设备的位置信息，计算网络设备对每个用户设备的波束方向向量；根据预设的网络设备发射功率最大值，采用分式优化方法，优化设计网络设备对每个用户设备的波束发射功率，对应得到每个用户设备的波束发射功率最优值；将每个用户设备的所述波束方向向量和波束发射功率最优值对应相乘，得到所述最优波束形成矢量。

优选地，所述最优相移矢量可通过公式10～12计算得到。

本发明实施例还提供一种波束赋形装置，使用本发明任一项实施例所述方法，包含：接收模块，用于获取预设范围内的网络设备、用户设备和中间设备的位置信息；计算模块，用于，根据信道估计算法计算得到网络设备到中间设备和中间设备到每个用户设备的信道大尺度衰落系数，进而计算每个用户设备的遍历容量；对遍历和容量在第一约束条件下，通过联合设计所述网络设备侧波束形成矢量和中间设备侧相移矢量，寻求最大值，得到最优波束形成矢量和最优相移矢量；所述遍历和容量为每个用户的所述遍历容量的和，所述第一约束条件为，网络设备发射功率和中间设备相移角度均受限。

本申请还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请中任一实施例所述的方法。

进一步地，本申请还提出一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本申请任一实施例所述的方法。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本发明方法利用统计信道状态信息，节省了信道估计的开销，采用RIS相移分块优化设计，降低了算法的复杂度。本发明还提升了通信系统的服务质量，具有较低的复杂度，便于工程实现。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为RIS辅助多用户MISO通信系统实施例；

图2为本发明方法流程实施例；

图3本发明装置实施例；

图4为不同波束赋形方法系统和速率效果实施例示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

智能反射表面(Reconfigurable intelligent surface,RIS)辅助通信技术，是下一代无线通信技术提高频谱效率，增强覆盖范围的关键技术。RIS是由一个可以调整发射相位和幅度的电磁材料组成的平面，通过智能改变通信环境中的传播信道，实现对通信覆盖的增强，对系统的频谱效率提高。为了实现对期望目标的实现，需要设计波束赋形算法，进行基站端的主动波束赋形和RIS的被动波束赋形进行设计。

由于RIS的引入，带来了额外的信道，需要对信道进行估计，高维的信道带来了信道估计的复杂度高和开销大的问题；此外，由于RIS单元的数目巨大，波束赋形设计需要对BS端和RIS端同时进行设计，算法复杂度高。波束赋形设计的准确度和复杂度，成为RIS辅助多用户多输入单输出(Multiple Input Single Output，MISO)通信系统中影响通信质量的主要因素。

现有技术中，主要考虑已知准确的信道状态信息进行波束赋形设计，在现实中是无法得到准确信道状态信息的，此外，波束赋形的算法复杂度太高因此，需要考虑实际的信道状态信息不可准确获取，以及以较低的复杂度设计波束赋形算法。

本发明的创新点在于：第一、本发明以最大化系统和速率为目标，基站的发射功率和RIS相移角度为约束条件，设计波束赋形优化方法，适用于RIS辅助的多用户MISO通信系统；第二、利用交替优化的思想，分别固定发射波束或者RIS相移角度，求解其他的变量，使得系统复杂度和运算量极大降低。

以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

图1为RIS辅助多用户MISO通信系统实施例。

在图1中，网络设备和用户设备的直射路径被遮挡，使得网络设备和用户设备的通信质量变差，甚至于网络设备无法直接和用户设备通信。中间设备，由一个可以调整发射相位和幅度的电磁材料(如图1中网络设备和中间设备之间的部件)组成的平面，通过智能改变通信环境中的传播信道，提供了网络设备和用户设备的反射路径，实现了网络设备和用户设备的通信。

需要说明的是，本发明中网络设备可以是基站或其他设备，用户设备可以是终端，例如手机终端，还可以是其他设备，中间设备可以是RIS面板，也可以是其他设备，这里了均不做特别限定。

还需说明的是，本发明实施例对用户设备的数量不做特别限定。本发明网络设备、中间设备和用户设备组成一个MISO无线通信系统。

图2为本发明方法流程实施例，可用于MISO无线通信系统实现下行波束赋形，作为本发明实施例，一种波束赋形方法，具体包含以下步骤101～102：

步骤101、对预设范围内的无线通信系统，先计算网络设备到中间设备和中间设备到每个用户设备的信道最大衰落系数，再计算每个用户设备的遍历容量。

在步骤101中，所述遍历容量是关于网络设备侧波束形成矢量和中间设备侧相移矢量的函数。

优选地，所述预设范围为以中间设备为中心，不大于20m×20m的正方形范围。

在步骤101中，获取预设范围内基站，RIS和用户设备的位置信息，并计算基站到RIS和RIS到用户设备的信道大尺度衰落系数，由此得到系统的遍历容量。

示意性地，考虑RIS辅助的多用户MISO下行通信系统，在RIS侧的20m×20m的正方形范围内，随机分布着K个用户设备，利用对用户设备发送的导频序列进行信道估计，得到用户设备到各基站的信道大尺度衰落系数。

此外，根据用户的位置信息，得到基站到RIS和RIS到用户设备的角度信息。第k个用户设备接收到的信号是：

其中，k为用户设备序号，K为用户设备总数，1≤k≤K，y_k(t)为所述第k个用户设备接收到的信号，h_r,k是RIS到第k个用户设备的信道，

表示h_r,k的转置，G是基站到RIS侧的信道，n₀是高斯白噪声，Θ是中间设备侧相移矩阵，w_k是网络设备侧对第k个用户设备的波束成形向量，s是发射信号。

根据信道大尺度衰落系数和角度信息，得到每个用户设备的遍历容量的表达式:

其中，C_k是第k个用户设备的遍历容量，

表示求期望运算，σ²是高斯白噪声的功率，d_k为第k个用户设备的级联信道，

κ₀是莱斯K因子，

是网络设备到中间设备的大尺度衰落系数，

是RIS到第k个用户设备的大尺度衰落系数。I_N是N×N单位矩阵，N是中间设备天线单元总数，M是网络设备处发射天线的数目，tr()是求矩阵的迹运算。

在步骤101中，优选地，所述网络设备的天线数不小于16，即M≥16，所述中间设备的天线单元数不少于100，即N≥100，所述用户设备的数量不少于5，即K≥5。

步骤102、对遍历和容量在第一约束条件下，通过联合设计所述网络设备侧波束形成矢量和中间设备侧相移矢量，寻求最大值，得到最优波束形成矢量和最优相移矢量。

在步骤102中，所述遍历和容量为每个用户的所述遍历容量的和，所述第一约束条件为，网络设备发射功率和中间设备相移角度均受限。

在步骤102中，根据此遍历容量的表达式(公式1)，分别对网络设备侧波束形成矢量和中间设备侧相移矢量进行设计，目标是通过联合设计网络设备侧波束形成矢量和中间设备侧相移矢量，在受网络设备发射功率预算和中间设备相移角度模约束的情况下，来最大限度地提高遍历和容量。

在数学上，遍历和容量问题被表述为：

其中，

是所述遍历和容量，P_t为网络设备发射功率最大值，n为中间设备天线单元序号，1≤n≤N，φ_n是中间设备第n个天线单元相移角度，由φ_n可计算得到中间设备侧相移矢量

需要说明的是，对n的选取顺序不做限定，即可从N个天线单元中按任意方式选取一个天线单元记为n。

在步骤102中，可以通过任意方式对遍历和容量中两个变量(所述网络设备侧波束形成矢量和中间设备侧相移矢量)的取值进行优化，从而得到所述遍历和容量的最大值。

在步骤102中，还可通过如下方式对所述网络设备侧波束形成矢量和中间设备侧相移矢量的取值进行计算，计算方式如步骤102A～102B：

步骤102A、固定所述中间设备侧相移矢量，对所述遍历和容量在网络设备发射功率受限条件下，通过设计网络设备侧波束形成矢量，寻求最大值，得到所述最优波束形成矢量。

在步骤102A中，首先固定中间设备侧相移矩阵，设计网络设备侧波束形成矢量，以降低不同用户之间的干扰，从而提升系统的和速率。

在步骤102A中，固定中间设备侧相移矩阵是指将所述中间设备侧相移矩阵设定任意值，可以是一个固定的常数矩阵，该矩阵中各相移角度可以相等或不等。

例如，将中间设备侧相移矩阵设定为随机的角度值。

在步骤102A中，寻求遍历和容量最大值的问题变为：

在步骤102A中，将网络设备侧的发射波束分为两部分来设计，第一部分是计算网络设备对每个用户设备的波束方向向量，第二部分是计算每个用户设备的波束发射功率最优值。

具体地，第一，网络设备对每个用户设备的波束方向向量计算方式如下：由于网络设备侧的波束要打到RIS面板上，而且网络设备和RIS的位置是固定的，所以网络设备侧波束的方向需要根据基站和RIS的位置信息进行设计，可以得到基站侧波束向量的方向应为：

其中，

为网络设备对第k个用户设备的波束方向向量，θ_BD为网络设备到中间设备的方向角，由网络设备和中间设备的位置信息计算得到，a_M(θ_BD)为网络设备到中间设备的角度信息，M为网络设备处发射天线的数目，

是a_M(θ_BD)的共轭。

第二，每个用户设备的波束发射功率最优值计算如下：

为了解决RIS到用户的信号的覆盖，以及干扰的抑制，需要设计合适的基站侧功率分配算法。对于基站侧的发射功率的优化设计，我们的目标是最大化系统的和速率，因此，在这里采用分式优化的思想，进行功率的优化。根据计算可以得到基站对第k个用户的发射功率为：

其中，p_k为第k个用户设备的波束发射功率最优值。

在步骤102A中，将每个用户设备的所述波束方向向量和波束发射功率最优值对应相乘，得到所述最优波束形成矢量：

w＝[w₁,w₂,……,w_K] (8)

其中，w_k是网络设备侧对第k个用户设备的波束成形向量，w是所述最优波束形成矢量。

步骤102B、在中间设备相移角度受限条件下，根据用户设备和中间设备间的位置关系，通过设计所述中间设备侧相移矢量，使每个用户设备的接收信号功率最大，得到所述最优相移矢量。

在步骤102B中，根据用户设备和RIS之间的位置关系，进行中间设备侧相移矩阵设计。使用RIS的部分元素服务某个用户设备，对RIS的模块进行分组的设计，达到宽范围的覆盖。

在步骤102B中，采用使得每个用户接收信号功率最大的思想对中间设备相移矩阵进行设计。

其中，

表示第k个用户设备接收信号功率，由于中间设备的相移只出现在

的第一项中，通过去除一些无关的项，并通过采用元素分组策略设计，RIS可以产生多波束来指向到不同的用户设备。具体来说，整个RIS面板可以被划分为不同的子组，每个子组通过利用用户设备的位置信息将波束指向到对应服务的用户设备。每个子组的长度定义为

其中

表示向上取整运算。第k个用户设备的服务子组由[(k-1)L,…,(k-1)L+L-1]个元素组成。所述最优相移矢量为：

Θ₀＝diag{Θ_L,1,…,Θ_L,K} (12)

其中，k为用户设备序号，K为用户设备总数，1≤k≤K，L为中间设备子组长度，Θ_L,k为中间设备L个天线单元对第k个用户设备的相移矩阵，θ_RD,k、

分别为中间设备第k个子组到第k个用户设备的俯仰角和方位角，θ_RA,k、

分别为中间设备第k个子组接收网络设备发射信号的俯仰角和方位角，

为中间设备第k个子组的L个天线单元到第k个用户设备的发射阵列响应，

为中间设备第k个子组的L个天线单元的接收网络设备发射信号的阵列响应，Θ_L,k为中间设备第k个子组的L个天线单元相移设计，φ_(k-1)L为中间设备第(k-1)L个单元的相移角度，diag(·)为求对角化运算，Θ₀为所述最优相移矢量。

本发明实施例提供了一种用于RIS辅助的多用户MISO通信系统波束赋形优化方法，考虑了实际系统的信道状态信息不可准确获取的特点，进行遍历容量的推导，进而采用交替优化的思想和RIS分组化设计的原则进行波束赋形设计，可以低复杂度地有效提高用户吞吐量。该方法具有较低的复杂度，能够提高系统的容量，具有灵活的使用场景，尤其适用于下一代移动通信系统。

图3本发明装置实施例，可使用本发明任意一项方法实施例，作为本发明实施例，一种波束赋形装置，包含：接收模块1、计算模块2。

所述接收模块，用于获取预设范围内的网络设备、用户设备和中间设备的位置信息。

所述计算模块，用于，根据信道估计算法计算网络设备到中间设备和中间设备到每个用户设备的信道大尺度衰落系数，并根据信道系数计算每个用户设备的遍历容量；还用于对遍历和容量在第一约束条件下，通过联合设计所述网络设备侧波束形成矢量和中间设备侧相移矢量，寻求最大值，得到最优波束形成矢量和最优相移矢量；所述遍历和容量为每个用户的所述遍历容量的和，所述第一约束条件为，网络设备发射功率和中间设备相移角度均受限。

实现所述接收模块和计算模块功能的具体方法如本申请各方法实施例所述，这里不再赘述。

图4为不同波束赋形方法系统和速率效果实施例示意图，为随着基站发射功率变化，在不同的波束赋形算法下系统和速率效果图。

如图4所示，横坐标表示基站发射功率(网络设备发射功率)，单位dBmW，纵坐标表示系统和速率，单位bps/Hz。

如图4所示，对5种波束形成方法下的系统和速率与网络设备发射功率关系进行了计算，5种波束形成方法分别为：仿真的随机相移，等功率发射设计；理论的最优相移，等功率发射设计；仿真的最优相移，最优发射波束设计；理论的随机相移，最优发射波束设计；理论的随机相移，等功率发射设计；理论的最优相移，最优发射波束设计。其中，理论的最优相移，最优发射波束设计是指本发明任一实施例所述波束形成方法。

在此效果图中的参数设置如下，基站位于坐标系中的[0,0,20]米处，RIS位于坐标系中的[0,200,20]米处，用户位于坐标系中[15,200,0]米处为中心，边长为20米的正方形范围内，基站侧的天线数M为16，RIS的单元个数N为100，用户个数K为5。高斯白噪声的功率为-100dBm。莱斯K因子为

在不同的发射功率下，和随机的RIS相移设计和等功率发射相比，本发明实例中提出的方法，系统的和速率得到了显著的提高。

因此，本申请还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请中任一实施例所述的方法。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims

1.一种波束赋形方法，用于无线通信系统中，所述无线通信系统中包含网络设备、中间设备和用户设备；所述网络设备发出的业务信号经所述中间设备反射至用户设备，其特征在于，包含以下步骤：

对预设范围内的无线通信系统，先计算网络设备到中间设备和中间设备到每个用户设备的信道大尺度衰落系数，再计算每个用户设备的遍历容量，所述遍历容量是关于网络设备侧波束形成矢量和中间设备侧相移矢量的函数；

对遍历和容量在第一约束条件下，通过联合设计所述网络设备侧波束形成矢量和中间设备侧相移矢量，寻求最大值，得到最优波束形成矢量和最优相移矢量；所述遍历和容量为每个用户的所述遍历容量的和，所述第一约束条件为，网络设备发射功率和中间设备相移角度均受限。

2.如权利要求1所述的波束赋形方法，其特征在于，所述得到最优波束形成矢量和最优相移矢量的步骤，进一步包含：

将所述中间设备侧相移矢量设定为任意值，对所述遍历和容量在网络设备发射功率受限条件下，通过设计网络设备侧波束形成矢量，寻求最大值，得到所述最优波束形成矢量；

在中间设备相移角度受限条件下，根据用户设备和中间设备间的位置关系，通过设计所述中间设备侧相移矢量，使每个用户设备的接收信号功率最大，得到所述最优相移矢量。

3.如权利要求1所述的波束赋形方法，其特征在于，所述预设范围为以中间设备为中心，边长不大于20m×20m的正方形范围。

4.如权利要求1所述的波束赋形方法，其特征在于，所述网络设备的天线数不小于16，所述中间设备的天线单元数不少于100，所述用户设备的数量不少于5。

5.如权利要求2所述的波束赋形方法，其特征在于，所述通过设计网络设备侧波束形成矢量，寻求最大值，得到所述最优波束形成矢量的步骤，进一步包含：

根据网络设备和中间设备和用户设备的位置信息，计算网络设备对每个用户设备的波束方向向量：

其中，k为用户设备序号，

为网络设备对第k个用户设备的波束方向向量，θ_BD为网络设备到中间设备的方向角，由网络设备和中间设备的位置信息计算得到，a_M(θ_BD)为网络设备到中间设备的角度信息，M为网络设备处发射天线的数目；

根据预设的网络设备发射功率最大值，采用分式优化方法，优化设计网络设备对每个用户设备的波束发射功率，对应得到每个用户设备的波束发射功率最优值：

其中，p_k为第k个用户设备的波束发射功率最优值，P_t为所述网络设备发射功率最大值，K为用户设备总数，1≤k≤K，d_k为第k个用户设备的级联信道；

将每个用户设备的所述波束方向向量和波束发射功率最优值对应相乘，得到所述最优波束形成矢量。

6.如权利要求2所述的波束赋形方法，其特征在于，所述最优相移矢量为：

Θ₀＝diag{Θ_L,1,…,Θ_L,K}

为中间设备第k个子组的L个天线单元的接收网络设备发射信号的阵列响应，Θ_L,k为中间设备第k个子组的L个天线单元相移设计，φ_(k-1)L、……、φ_(k-1)L+L-1分别为中间设备第(k-1)L、……、(k-1)L+L-1个单元的相移角度，diag(·)为求对角化运算，Θ₀为所述最优相移矢量。

7.一种波束赋形装置，使用权利要求1～6任一项所述方法，其特征在于，包含：

接收模块，用于获取预设范围内的网络设备、用户设备和中间设备的位置信息；

计算模块，用于，

根据信道估计算法计算网络设备到中间设备和中间设备到每个用户设备的信道大尺度衰落系数，并根据信道系数计算每个用户设备的遍历容量；

8.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～6任意一项所述的方法的步骤。

9.一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如如权利要求1～6中任意一项所述方法的步骤。