本发明专利技术公开了一种高分辨率模拟波束快速训练方法及装置，首先，设定波束训练的相关参数，然后初始化第一次迭代，接着进行多次迭代，每次迭代都从码本中选择部分码字训练，与上次迭代结果进行比较，根据评价指标确定每个天线子阵列的模拟波束矢量，一层层迭代计算，满足迭代终止条件时完成一个天线子阵列的波束训练。与现有波束训练方法相比，本发明专利技术复杂度低，通过对码本合理的分区搜索，仅选择码本中的部分码字训练，大大减少了波束训练次数，节省了训练成本。此方法使用容量较大的码本，以较高的分辨率量化了一个圆周内的所有波束方向角度，具有一定的容错能力，保证发射波束和接收波束之间有效的对准，从而提高系统的整体性能。
【技术实现步骤摘要】
一种高分辨率模拟波束快速训练方法及装置
本专利技术属于无线通信
，涉及到毫米波(Millimeterwave)多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput，MIMO)通信系统的一种高分辨率模拟波束快速训练方法。该方法对波束训练次数少，复杂度低，同时能够获得较优的系统性能。
技术介绍
目前，大多数无线应用仍拥堵在微波频段，稀缺的频谱资源已经无法满足日益增长的无线用户和无线应用要求。毫米波(Millimeterwave)频段因其大量未授权的带宽被选为下一代无线局域网和移动通信系统的关键频谱，成为相关行业的研究热点。毫米波和MIMO系统结合可以利用空间复用和空间分集技术进一步提高传输速率和传输质量。毫米波信号的主要缺陷表现在路径损耗大，导致传播距离近，往往采用大规模阵列天线和数模混合波束成形技术相结合的方式弥补部分衰减。高频数字信号处理器件的功耗和成本都比较高，在射频域用量化的相移器阵列实现波束成形是毫米波无线通信中的一项关键技术。在大规模MIMO中，如何有效地反馈信道状态信息是一个难题，用码本波束训练的方法确定波束控制矢量不需要明确的信道状态信息，更加利于实现。波束的分辨率与码本的容量成正比，波束训练次数也与码本容量成正比，因此获得更精确的波束方向需要以更多训练次数为代价。在现有的大多数波束训练方法中，训练次数通常随码本的容量成线性增长，使用二分法搜索或级联码本可以使训练次数随码本的容量对数增长，但是由于对码本的严格分区，风险比较大。本文提出的一种高分辨率模拟波束快速训练方法，每次都选择其中的部分码字进行迭代训练，训练次数与码本容量成对数关系，迭代训练使用的码字没有重复，但是由不同的码字选择引起的下一次迭代训练码字覆盖的波束角度范围有交叠部分，因此该方法具有一定的容错能力。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种高分辨率模拟波束快速训练方法及装置，该方法复杂度低，波束训练次数少，分辨率高，并且具有一定的容错能力。技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术首先提供了一种模拟波束快速训练方法，对每个天线阵列或子阵列进行波束训练时，首先从码本中选择起始参考码字进行训练，记录相应的评价指标为最优指标；然后进行迭代运算选出最优指标对应的码字直至满足终止条件，每轮迭代中以参考码字为中心，从码本中以一定的步长从两侧选出若干码字进行训练，更新最优指标，及对应的码字为参考码字，所述步长随着迭代次数增加而减小。作为优选，所述迭代终止条件包括达到设定的最大迭代次数和连续指定次数迭代选出的码字相同；所述最大迭代次数根据码本容量和每轮迭代选出的码字数量确定。作为优选，码本容量K，最大迭代次数J以及第j次迭代训练用的码字数Bj之间满足作为优选，第j次迭代训练中的步长表示向上取整，K为码本容量，Bu为选取的码字数。作为优选，第j次迭代训练中，以参考码字为中心，Sj为步长，按照如下规则从码本中选取Zj个码字进行训练：其中cm为选取的码字，W＝[w1w2…wK]为码本，表示向下取整，即从码本中选择个序号小于gj-1的码字和个序号大于gj-1的码字供本次迭代训练使用。基于上述的模拟波束快速训练方法，本专利技术提供了一种应用于MIMO通信系统的高分辨率模拟波束快速训练方法，通信系统的发射端和接收端可采用天线阵列或多个天线子阵的结构，发射端和接收端分别采用上述模拟波束快速训练方法进行波束训练，训练过程中每次从码本中选择部分码字进行训练，并与上次训练结果进行比较，进而根据评价指标确定每个天线阵列或子阵列的模拟波束矢量，直到满足迭代终止条件。具体地，MIMO通信系统的发射端和接收端均采用分离型数模混合波束成形结构，主要包括基带信号处理、射频链路以及模拟波束控制阵列等模块。以收发端分别配置多个天线子阵列为例：发射端有Nt根发射天线，平均分配给N个发射子阵列，即Nt＝PN，其中P表示每个发射子阵列的天线数；接收端有Nr根接收天线，平均分配给M个接收子阵列，即Nr＝QM，其中Q表示每个接收子阵列的天线数。首先，对发射端的N个天线子阵列进行波束训练，具体包括如下步骤：步骤1：参数配置：收发设备拥有大小为K的码本W，W＝[w1w2…wK]，其中，列向量为第k个码字；迭代次数的最大值设为J，j表示训练计数器，第j(j＝1,2,…,J)次训练用的码字数为Bj，满足选定一个评价指标ζ＝ζ(w)；迭代终止条件之一设置为连续τ次迭代选出的码字相同，τ≥3；i表示子阵列计数器，令i＝1；步骤2：给第i个子阵列选择起始参考码字序号g0，g0∈{1,2,…,K}，并对起始参考码字进行波束训练，根据反馈信息记录当前最优指标令迭代次数j＝1；步骤3：第j(j＝1,2,…)次波束训练，具体包括如下步骤：步骤3.1：以参考码字为中心，Sj为步长从码本中选取Zj个码字生成一个临时子码本其中表示向上取整，表示向下取整，Z1＝B1-1，Zj＝Bj(j＝2,3,…,T)。即从码本中选择个序号小于gj-1的码字和个序号大于gj-1的码字供本次迭代训练使用。步骤3.2：对选出的Zj个码字分别进行波束训练，计算相应的评价指标其中ξl＝ζ(cl),l＝1,2,…,Zj；步骤3.3：比较Zj+1个评价指标数值，用其中的最大值更新当前最优指标ζ*，即用gj记录与当前最优指标对应的码字在码本中的序号，并作为下次波束训练的参考码字序号；步骤4：判断是否满足迭代终止条件：Sj＝1或者gj＝gj-1…＝gj-τ+1(假设gv＝0(v≤0))，如果满足，则记录第i个天线子阵列的实际迭代次数T＝j以及最佳波束控制矢量转至步骤5；否则，更新迭代次数j＝j+1，返回至步骤3继续迭代；步骤5：判断是否满足“i＝N”，如果满足，则发射端的波束训练结束；否则，i＝i+1，返回至步骤2。以上步骤可以完成对发射端天线子阵列的快速波束训练。然后，对接收端的M个天线子阵列进行波束训练，具体过程与步骤1～5类似，只需将其中的发射端参数改成相应的接收端参数。本专利技术还提供了实现上述MIMO通信系统的高分辨率模拟波束快速训练方法的装置，包括发射端训练装置和接收端训练装置，其中发射端训练装置和接收端训练装置分别包括：参数配置模块，用于根据收发端设备情况确定码本、迭代次数、评价指标以及迭代终止条件；训练控制模块，用于控制发射端或接收端阵列或子阵列的波束迭代训练流程，选出最优指标对应的码字直至满足终止条件；以及，单阵列训练模块，包括：初始码字训练单元，用于从码本中选择起始参考码字进行训练，记录相应的评价指标为最优指标；迭代临时子码本选择单元，用于以参考码字为中心，从码本中以一定的步长从两侧选出若干码字组成临时子码本，所述步长随着迭代次数增加而减小；以及最优指标选择单元，用于对临时子码本的码字进行训练，计算相应的评价指标并与当前最优指标进行比较，更新最优指标，设定其对应的码字为参考码字。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：第一，本专利技术对模拟波束的快速训练方法复杂度低，训练次数少，发射端的训练次数共为远小于码本容量K，假设每次迭代训练用的码字数相同，则对波束的训练总次数与码本容量成对数关系，一般对码本的遍历算法复杂度与码本容量呈线性关系；第二，本专利技术可使用容量较大的码本，以较高的分辨率量化本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种模拟波束快速训练方法，其特征在于，对每个天线阵列或子阵列进行波束训练时，首先从码本中选择起始参考码字进行训练，记录相应的评价指标为最优指标；然后进行迭代运算选出最优指标对应的码字直至满足终止条件，每轮迭代中以参考码字为中心，从码本中以一定的步长从两侧选出若干码字进行训练，更新最优指标，及对应的码字为参考码字，所述步长随着迭代次数增加而减小。
【技术特征摘要】
1.一种模拟波束快速训练方法，其特征在于，对每个天线阵列或子阵列进行波束训练时，首先从码本中选择起始参考码字进行训练，记录相应的评价指标为最优指标；然后进行迭代运算选出最优指标对应的码字直至满足终止条件，每轮迭代中以参考码字为中心，从码本中以一定的步长从两侧选出若干码字进行训练，更新最优指标，及对应的码字为参考码字，所述步长随着迭代次数增加而减小；其中第j次迭代训练中的步长表示向上取整，K为码本容量，Bu为选取的码字数，Z1＝B1-1，Zj＝Bj,j＝2,3,…,T，T为实际迭代次数；第j次迭代训练中，以参考码字为中心，Sj为步长，按照如下规则从码本中选取Zj个码字进行训练：其中cm为选取的码字，W＝[w1w2…wK]为码本，表示向下取整，即从码本中选择个序号小于gj-1的码字和个序号大于gj-1的码字供本次迭代训练使用。2.根据权利要求1所述的模拟波束快速训练方法，其特征在于，所述迭代终止条件包括达到设定的最大迭代次数和连续指定次数迭代选出的码字相同；所述最大迭代次数根据码本容量和每轮迭代选出的码字数量确定。3.根据权利要求1所述的模拟波束快速训练方法，其特征在于，码本容量K，最大迭代次数J以及第j次迭代训练用的码字数Bj之间满足4.一种MIMO通信系统的高分辨率模拟波束快速训练方法，其特征在于，通信系统的发射端和接收端采用天线阵列或多个天线子阵的结构，发射端和接收端分别采用如权利要求1-3任一项所述的模拟波束快速训练方法进行波束训练，确定天线阵列或每个天线子阵的最佳波束控制矢量。5.根据权利要求4所述的MIMO通信系统的高分辨率模拟波束快速训练方法，其特征在于，设发射端或接收端有Nt根天线，平均分配给N个子阵列，其中，每个子阵列的天线数为P；对N个天线子阵列进行波束训练，具体包括如下步骤：(1)参数配置：收发设备拥有大小为K的码本W，W＝[w1w2…wK]，其中，列向量为第k个码字；迭代次数的最大值设为J，j表示训练计数器，第j次训练用的码字数为Bj，满足选定一个评价指标ζ＝ζ(w...
【专利技术属性】
技术研发人员：何世文，薛春林，黄永明，王海明，杨绿溪，洪伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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