[發(fā)明專利]混合波束成形HBF系統(tǒng)波束選擇方法、裝置及存儲介質(zhì)

有效

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• 申請日: 2017-11-21
• 公開（公告）號: CN108092701B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓瑜;金石
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/0413
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 李明

一種HBF系統(tǒng)波束選擇方法、裝置及計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述方法包括：根據(jù)用戶的直視徑在波束上的投影能量為每個用戶分別選取投影能量最大的至少一個預(yù)選波束，其中，全部預(yù)選波束的數(shù)量大于HBF系統(tǒng)的數(shù)字通道數(shù)量；根據(jù)HBF系統(tǒng)可達(dá)速率在所述全部預(yù)選波束中選取第一數(shù)量的目標(biāo)波束，其中，所述第一數(shù)量為所述數(shù)字通道的數(shù)量。本發(fā)明提供的HBF系統(tǒng)波束選擇方法、裝置及計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)具有計(jì)算過程耗時短，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，并且從多用戶傳輸系統(tǒng)全局的角度出發(fā)來選擇波束，保證系統(tǒng)具有良好的全局性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種混合波束成形 (HBF)系統(tǒng)波束選擇方法、裝置及計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

為滿足第五代(5th-Generation，簡稱5G)移動通信技術(shù)的移動通信系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸速率的需求，大規(guī)模多輸入多輸出(Multiple-lnput Multiple-Output，簡稱MIMO)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。大規(guī)模MIMO技術(shù)通過在基站架設(shè)大規(guī)模天線陣列，可以靈活調(diào)整波束方向，使其對準(zhǔn)目標(biāo)用戶。此外，在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，當(dāng)天線數(shù)量趨于無窮大時，非相干噪聲和快衰落也會消失。并且，大規(guī)模 MIMO還可以提供充足的空間自由度，用于分集和復(fù)用技術(shù)。

早期的大規(guī)模MIMO技術(shù)研究中，主要針對的是一個天線單元對應(yīng)一個獨(dú)立的數(shù)字通道的全數(shù)字大規(guī)模MIMO系統(tǒng)。當(dāng)天線陣列規(guī)模龐大時，高成本的大量數(shù)字通道導(dǎo)致MIMO系統(tǒng)成本很高，因此成為大規(guī)模MIMO技術(shù)的實(shí)現(xiàn)瓶頸。

為打破這一瓶頸，業(yè)界提出了多種降低成本的解決方案，例如降低模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital Converter，簡稱ADC)的精度、降低數(shù)字通道的個數(shù)，這些解決方案均會影響到MIMO系統(tǒng)的功效。此外，業(yè)界提出了一種利用少量數(shù)字通道來控制整個大規(guī)模天線陣列的混合波束成形(Hybrid Beam-Forming，簡稱HBF)系統(tǒng)。該系統(tǒng)與全數(shù)字系統(tǒng)不同的是，其HBF系統(tǒng)具有兩個波束成形組件，一個是在射頻模塊實(shí)現(xiàn)的高維的模擬波束成形(Analog Beam-Forming，簡稱 ABF)模塊，另一個是在基帶模塊實(shí)現(xiàn)的低維的數(shù)字波束成形(Digital Beam-Forming，簡稱DBF)模塊。

其中，射頻模塊中的功率放大器具有非線性，因此一般不采用在射頻模塊調(diào)整信號幅度的方式達(dá)到ABF的目的。此外，ABF通常采用移相器網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、透鏡天線、巴特勒矩陣或其他離散傅里葉變換(Discrete Fourier Transform，簡稱DFT)模塊等來實(shí)現(xiàn)，上述器件均調(diào)相不調(diào)幅。恒模的限制給ABF權(quán)值的設(shè)計(jì)帶來很大困難。常見的ABF權(quán)值設(shè)計(jì)方法主要分為兩類。第一類方法不需要預(yù)設(shè)碼本， ABF權(quán)值通常由閉式解導(dǎo)出，再結(jié)合硬件的限制進(jìn)行調(diào)整。第二類方法需要預(yù)設(shè)碼本，碼本中包含多個模擬波束，ABF權(quán)值則在這些模擬波束中選出，從而使ABF權(quán)值設(shè)計(jì)過程直接轉(zhuǎn)化為波束選擇過程。

業(yè)界對不同的波束選擇方法展開了廣泛研究。例如可以采用逐級劃分、層層搜索的方式實(shí)現(xiàn)多級分辨率波束，以達(dá)到快速收斂的效果，然而這種方法不適用于多用戶并行搜索的情況。正交匹配追蹤 (0rthogonal Matching Pursuit，簡稱OMP)算法以全數(shù)字系統(tǒng)的權(quán)值作為目標(biāo)，將對性能的逼近轉(zhuǎn)化為對權(quán)值的逼近，并采用基于天線陣列響應(yīng)的模擬碼本，在信道具有稀疏性的條件下，使HBF權(quán)值近似等于全數(shù)字系統(tǒng)的權(quán)值，然而該方法在多用戶傳輸條件下無法保證用戶間干擾能被準(zhǔn)確地消除。

因此，如何進(jìn)行多用戶傳輸系統(tǒng)中的HBF的波束選擇成為一個亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種HBF系統(tǒng)波束選擇方法、裝置及計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，以進(jìn)行多用戶傳輸系統(tǒng)的HBF波束選擇，以較低的運(yùn)算復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)HBF系統(tǒng)較優(yōu)的可達(dá)速率。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：