[發明專利]多用戶毫米波系統中基于帶外空間信息的用戶分組方法

有效

• 申請號: 201711000225.7
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN107743043B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 李彬睿;張忠培;姚倍琳
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/06;H04B7/08;H04L25/02
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明屬于無線通信技術領域，具體的說是涉及多用戶毫米波系統中基于帶外空間信息的用戶分組方法。為解決多用戶毫米波系統中多用戶波束選擇過程能量和時間消耗大，以及初始波束搜索階段接受信噪比過低的問題，提出了基于帶外空間信息的用戶分組方法。通過分組策略充分利用帶外空間信息，在基站端壓縮搜索范圍，進行更加精準的初始范圍內進行波束搜索。在用戶端，使用非本組搜索子幀保持靜默的策略，減少接受波束搜索次數，節省用戶能耗。同樣得益于分組策略，用戶端在反饋過程中，只需反饋本組對應的搜索子幀內的波束匹配信息，去除傳統搜索方法中需要反饋更多冗余信息的弊端，減小反饋開銷，提升系統效率。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，涉及毫米波通信(Millimeter-Wave(mmWave)Communication)，波束選擇技術，以及多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技術，具體的說是涉及多用戶毫米波系統中基于帶外空間信息的用戶分組方法。

背景技術

隨著無線通信的發展，毫米波(Millimeter wave(mmWave))被認為是下一代無線通信技術的核心技術候選之一，它可以極大的拓寬可用頻譜資源，然而，與傳統微波頻率相比，使用毫米波頻帶的關鍵挑戰是其嚴重的信號傳播損耗。為了補償這樣的損失，可以采用大型天線陣列來實現高功率增益。幸運的是，由于毫米波信號的波長較小，這些陣列可以被封裝在發射機和接收機的小區域。對于這種毫米波系統，信道狀態信息(CSI)對于有效的通信和預編碼器設計是至關重要的。然而，使用大的天線陣列導致大的多輸入多輸出(MIMO)信道矩陣。由于要估計信道參數的數量龐大，這使得毫米波系統的信道估計非常具有挑戰性。此外，由于高頻，從每個天線獲得數字樣本的方法通常是不可行的。為了解決這個高頻采樣問題，已經提出了模擬波束成形技術，模擬波束成形的主要思想是通過模擬移相器網絡來控制由每個天線發射或接收的信號的相位。

使用模擬波束成形技術，最直接的信道估計方法是在所有可能的角度方向上詳盡搜索。具體來說，考慮具有N個發射天線和N個接收天線的系統。如果目標是在發射機和接收機兩端實現π/N的最小角度分辨率，則基于搜索的窮舉信道估計將需要在發射機處的一組N個發射波束成形向量，以便跨越所有可能的波束方向，并且在接收機處同樣具有N個接收波束成形向量。通過搜索所有可能的組合，可以形成N×N矩陣,其中項表示N個發送和N個接收波束之間的信道增益。該矩陣通常稱為虛擬信道矩陣。盡管對于毫米波MIMO信道矩陣預期的輸入量很大，但是近來的測量已經表明，毫米波信道在角域中表現出稀疏的傳播特性。也就是說，在毫米波通道中只有幾個主要的傳播路徑。這種稀疏性可以在虛擬信道矩陣中看到，因為只有有限數量的發射和接收方向對具有非零增益。因此，毫米波信道估計的關鍵目標是識別這些路徑，使得收發器可以沿著這些路徑對準發送和接收波束。

目前已經提出一些基于壓縮感知的信道估計算法，利用毫米波系統中通道稀疏度。這些方法中的一些基本思想是通過創建初始波束圖案來搜索每個測量中的多個發射/接收方向，其角度范圍比窮舉搜索所使用的更廣泛。其中提出了類似的自適應波束成形算法和多級碼本。通過利用子陣列和去激活(關閉)天線處理技術，可以通過單個射頻(RF)鏈實現這種分層碼本。通過最初使用更寬的波束圖案，多級方法能夠減少信道估計所需的測量次數。但是，這引入了方向性增益的損失，導致接收機處的較低的信噪比(SNR)和更高的估計誤差概率。在這個意義上，毫米波信道估計的估計時間和精度之間存在挑戰性的權衡問題。

多級碼本方法的開始利用類似“二分法”的搜索算法進行估計稀疏毫米波信道。在算法的每個階段，估計的出發角(AOD)和到達角(AOA)范圍將被分為多個子范圍，該方法需要與每個估計路徑的成比例的估計時間。盡管與窮舉搜索方法相比，具有顯著的改進，但是這樣的信道估計算法仍然可能不足以跟蹤快速信道變化，特別是對于具有快速變化的參數的毫米波移動信道。此外，在高SNR時，可能不需要執行這么多的測量，這將導致不必要的時間延遲。而在初始搜索階段又存在接受信噪比很低，影響信號估計的問題。

發明內容