[發明專利]等功率約束下大規模天線訓練碼本的設計方法及訓練方法

有效

• 申請號: 201911014770.0
• 申請日: 2019-10-24
• 公開（公告）號: CN110518949B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 張華;許哲;吳龍波;丁俊濤;劉俊龍
• 申請（專利權）人: 江蘇久鑫銅業有限公司
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456
• 代理公司: 32112 南京天翼專利代理有限責任公司
• 代理人: 奚銘

等功率約束下大規模天線訓練碼本的設計方法及訓練方法，屬于無線通信技術領域，適用于采用模擬收發結構的等規模約束下大規模天線陣系統，解決基于多分辨率碼本的層次化搜索方案下，如何提高碼本性能的問題，本發明多分辨率碼本設計方法綜合運用了虛擬子陣列技術和多波束空間合成技術，通過相位補償技術解決了虛擬子陣列間的耦合帶來的波束增益起伏問題，本發明在提高碼本生成效率的同時也為自適應波束對齊奠定了基礎；相移陣列的每根天線上施加等功率約束，在克服傳統模擬碼本生成方法中需要配置射頻開關的缺陷的同時充分利用了陣列增益；碼字主帶內的波束增益起伏問題通過相位補償技術得到了有效遏制，具有較平坦的波束樣式。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，為一種等功率約束下的基于子陣列的多分辨率碼本產生及自適應波束訓練方法。

背景技術

移動通信的容量呈現爆發式的增長，為了滿足這一需求，無線通信的頻段越來越高，目前已經從微波頻段向毫米波甚至太赫茲波段發展以獲得足夠的頻譜資源。然而，相對于現有運營在低頻段的移動通信系統而言，高頻段無線傳輸存在嚴重的傳輸損耗。然而對于高頻段無線通信系統，在嚴重高頻傳輸損耗的同時，較短的波長使得在相同尺寸下集成更多數量的天線成為可能。因此，通過在通信收發射機兩側架設大規模天線陣列獲取大的波束成形（Beamforming）增益來對抗高頻傳輸損耗成為一個有效的解決方案。

大規模天線陣列的瓶頸在于信道估計。傳統多輸入多輸出（Multiple-InputMultiple-Output，MIMO）系統中采用的對逐根天線進行信道信息獲取的信道估計方法由于估計開銷過大而無法直接應用到高頻段系統中。目前學術界和業界提出的降低開銷的信道估計方案可以概括成如下兩類：一是基于稀疏空間重構的壓縮感知技術（CompressingSensing，CS）；二是基于碼本的波束切換（Switched-Beamforming）掃描方案。前者用以較復雜的技術為代價可以較為準確的估計出信道中的多徑分量（MPCs），而后者雖難以準確的獲取MPCs的信息，但可以以簡單的技術手段抓取最強單徑。

為進一步減少搜索碼本的開銷，業界和學術界提出了基于多分辨率碼本的層次化搜索方案，可以將波束對齊的時間開銷減少到天線數目的對數級。層次化搜索的準確度主要取決于多分辨率碼本的性能，如帶內平坦度、帶外泄露、主旁瓣比和帶內增益等。然而，當射頻鏈（Radio-Frequency chain，RF chain）受限時，同時追求這些技術指標存在極大的技術難度，這是由于不同相移器組的相位調整結果無法在陣列上直接相加，只能在空間角度域上合成，進而導致了子陣列間耦合問題。

參考文獻

[1] Wang J, Lan Z, Baykas T, et al. “Beam Codebook Based BeamformingProtocol for Multi-Gbps Millimeter-Wave WPAN Systems” IEEE J. Sel. AreasCommun., 2009, 27(8):1390–1399.

[2]Xiao Z, He T, Xia P, et al. “Hierarchical Codebook Design forBeamforming Training in Millimeter-Wave Communication”IEEE Trans. WirelessCommun., 2016, 15(5):3380–3392.。

發明內容

本發明要解決的問題是：大規模天線陣列的信道估計需要搜索碼本的開銷，但目前的基于多分辨率碼本的層次化搜索方案在射頻鏈受限時，碼本性能受到影響，進而影響層次化搜索的準確度。

本發明的技術方案為：等功率約束下大規模天線訓練碼本的設計方法，在采用模擬陣列結構下的點對點大規模天線系統中，在等功率約束下設計多分辨率碼本，天線系統收發兩側均配置有N個均勻線性半波長天線陣列，包括以下步驟：