[發明專利]毫米波系統快速信道估計方法

有效

• 申請號: 201510926250.2
• 申請日: 2015-12-14
• 公開（公告）號: CN105553531B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 鄒衛霞;郭超
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/08
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

本發明提供了一種毫米波系統快速信道估計方法，屬于無線通信系統技術領域。本方法包括：根據通信波束數目Q，對通信波束所覆蓋的空間范圍進行區間劃分，采用二進制表示區間編碼；設計訓練波束，使得訓練波束k的主瓣只位于區間編碼第k個bit為1的區域；發射機使用訓練波束發射信號，接收機記錄各訓練波束的信號強度，判斷是否處于訓練波束的主瓣范圍內，獲得最優通信波束。本方法在Q取值大于16時采取分階段的搜索方式，每個階段將搜索范圍進行區間劃分，尋找最優區間。本發明利用多個主瓣疊加的波束進行波束搜索，搜索效率更高，并具有較低的搜索復雜度，適用于2D和3D的波束賦形，在星形拓撲結構的多用戶同時搜索時具有明顯優勢。

技術領域

本發明屬于無線通信系統技術領域，具體涉及一種毫米波系統快速信道估計方法。

背景技術

目前高速業務的迅速增長，使得下一代通信技術的目標是能夠提供Gbps以上的傳輸速率，顯然中低頻段的通信系統難以滿足需求，且此頻段業務眾多，頻譜擁擠不堪，于是業界將目光投向毫米波段。該頻段的特點是波長較短，使得設備可以集成更多的天線，不但可以大大提高頻譜利用率，而且可以獲得陣列增益，正好彌補毫米波段由于衰減大導致覆蓋距離不夠的缺陷。但是，當未來毫米波通信系統集成的天線數目多達上百根時，便會帶來許多問題，其中最突出的問題是信道信息的快速獲取。因為隨著天線數量的上升，所需要的信道信息量也急劇上升，導致其獲取復雜度及反饋信息量隨之加大，因此當發射機獲得該信道信息時，信道已經發生變化，即信道已經老化(channel aging)[參考文件1：Truong,K.T.,&Heath,R.W.(2013).Effects of channel aging in massive MIMOsystems.Communications and Networks,Journal of,15(4),338-351.]。故為了保證信道信息的時效性，隨著天線數量的上升，需要設計一種更加高效、快速地信道估計方案。

對于波束切換系統的模擬波束賦形結構來講，信道信息的獲取實際上是一個波束搜索問題。該系統通常預先設計好若干個合適的波束，并將所需的天線陣列加權向量(即波束碼本)儲存起來，在使用時從中選取最合適的波束進行通信。為了兼顧實現復雜度與覆蓋效果，目前的毫米波無線局域網標準多采用此結構。而在第五代移動通信網及未來的超高速無線局域網中則可能采用混合數模結構波束賦形技術，其中也涉及到快速波束搜索問題。目前802.15.3c標準中采用扇區級和波束級的兩級搜索方案，復雜度與天線數目的平方成正比[參考文件2：Gilb,J.P.K.(Technical Editor).(2009).IEEE Standards802.15.3cTM-Part 15.3:Wireless MediumAccess Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications for High Rate Wireless PersonalArea Networks(WPANs)Amendment 2:Millimeter-wave-based Alternative Physical Layer Extension.NewYork,USA,IEEE Computer Society.]；802.11ad標準中搜索復雜度則降低到與天線數目成線性關系[參考文件3：Cordeiro,C.(Technical Editor).(2010).IEEE P802.11adTM/D0.1-Part 11:Wireless LAN MediumAccess Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications-Amendment 6:Enhancements for Very High Throughput in the 60GHzBand.New York,USA,IEEE 802.11 Committee of the IEEE Computer Society.]；參考文件4中公開的二分搜索方案[參考文件4：Zou,Wei-Xia,Guang-Long Du,Bin Li,and ZhengZhou.Step-Wisely Rfinement Based Beam Searching Scheme for 60 GHzCommunications.Wireless personal communications 71,no.4(2013):2993-3010.]，復雜度可降低到與天線數目成對數關系；參考文件5中提出利用旁瓣重疊的波束三分搜索的方案，搜索復雜度進一步降低[參考文件5：Kokshoorn,M.,Wang,P.,Li,Y.,&Vucetic,B.(2015,June).Fast channel estimation for millimetre wave wireless systemsusing overlapped beam patterns.In Communications(ICC),2015 IEEE InternationalConference on(pp.1304-1309).IEEE.]。但對于上百根天線來講，搜索復雜度仍然太高。