一种基于码本的分离型子阵列模拟波束训练方法技术

本发明专利技术公开了一种基于码本的分离型子阵列模拟波束训练方法，属于无线通信技术领域，本发明专利技术先由接收端全向接收确定发射端子阵列的天线加权矢量；发射端子阵列再采用确定的天线加权矢量定向发射信号确定接收端子阵列的天线加权矢量；判断是否满足实际性能要求，若不满足，则在确定的子阵列天线加权矢量基础上，对子阵列的相移器的相位进行微调操作，直到满足所需要的性能为止。通过对子阵列的相移器的相位进行微调操作可以提高波束对准精度，改善系统的传输性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种基于码本的分离型子阵列模拟波束训练方法。
技术介绍
由于毫米波(Millimeter wave)拥有大的带宽，毫米波通信已经成为未来5G无线通信系统中具有开发潜力的技术。毫米波和多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)的结合可以实现速率大范围的增长，提高传输质量。高频段毫米波的较短的波长可以实现天线阵列的集成，但是较短的波长同时带来了严重的路径损失，致使毫米波信号在传输过程中出现大幅度的衰减，天线阵列提供的阵列增益能够弥补毫米波信号衰减，除此之外，天线阵列支持多个信号的传输，可以提高系统的频谱效率。在毫米波通信系统中，高速率和高质量的通信可以通过波束成型技术实现。在传统的多输入多输出通信系统中，为了消除信号之间的干扰，波束成型技术在基带应用，然而在基带采用波束成型时，一根发射天线需要一条昂贵的射频(Radio Frequency，RF)链路。在拥有大规模天线的毫米波MIMO系统中，数字预编码的应用会带来高的能量消耗和硬件复杂度，为了解决成本问题和实现更大的波束成型增益，混合波束成型技术在毫米波MIMO系统中得到了广泛的应用。数字波束成型可以保证系统的性能，模拟波束成型的波束增益可以解决能量消耗和减小硬件复杂度。模拟波束成型技术已经得到广泛的研究，但是大部分都是针对共享型阵列结构进行分析，针对分离型子阵列结构的研究甚少。本文针对分离型子阵列结构提出了一种基于码本的模拟波束训练方法，该方法先通过一个低复杂度的波束训练方式确定收发端子阵列天线加权矢量(Antenna Weighted Vector,AWV)，再在已经确定子阵列天线加权矢量基础上对子阵列的相移器的相位进行微调，得到更优的波束方向。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于码本的分离型子阵列模拟波束训练方法，先通过一个低复杂度的模拟波束训练确定收发端子阵列的天线加权矢量，再根据实际情况需要，在确定的子阵列天线加权矢量基础上，通过对相移器的相位进行微调得到更精确的波束方向。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于码本的分离型子阵列模拟波束训练方法，包括如下步骤：步骤1：发射端一共有Nt个发射端天线子阵列，接收端一共有Nr个接收端天线子阵列，第i个发射端天线子阵列为发射端天线子阵列中的任意一个，第j个接收端天线子阵列为接收端天线子阵列中的任意一个，其中i＝1,2,…,Nt，j＝1,2,…,Nr，时间段Tt,i表示第i个发射端天线子阵列确定其天线加权矢量所用的时间，时间段Tr,j表示第j个接收子阵列确定其天线加权矢量所用的时间，接收信号质量表示接收端接收到的第i个发射端天线子阵列的第m个波束的信号质量，表示第j个接收子阵列的第n个波束接收的信号质量；表示第i个发射子阵列使用第l个波束发射信号对应的信号质量，表示第j个接收子阵列使用第t个波束接收对应的信号质量；在时间段Tt,i内，第i个发射端天线子阵列按照i＝1,2,…,Nt的顺序依次发射相同的信号，所述发射端天线子阵列均采用码本中的码字作为其天线加权矢量发射信号；当第i个发射端天线子阵列发送信号时，其他发射端天线子阵列处于不工作状态；所有接收端天线子阵列全向接收，接收端接收到信号后首先根据接收信号质量选择出质量最好的信号，并找出所述质量最好的信号对应的码字序号，接收端把码字序号反馈给发射端；发射端根据反馈的码字序号确定第i个发射端天线子阵列的天线加权矢量bi；步骤2：在时间段Tr,j内，发射端天线子阵列使用步骤1得到的天线加权矢量定向发射相同的信号，接收端第j个接收端天线子阵列按照j＝1,2,…,Nr的顺序依次接收信号，接收端天线子阵列均采用码本中的码字作为其天线加权矢量接收信号，当第j个接收端天线子阵列接收信号的时候，其他接收端天线子阵列处于不工作状态；当所有发射端天线子阵列发射信号完毕后，接收端根据信号质量选择出最优的信号，并找出所述最优的信号对应的码字，接收端将所述最优的信号对应的码字作为接收端第j个子阵列的天线加权矢量cj；步骤3：根据步骤1和步骤2得到的子阵列天线加权矢量判断是否满足预想达到的性能：若不满足，则继续对天线子阵列相移器的相位做微调操作，直到性能达到为止；发射端天线子阵列相移器的相位的微调操作具体操作包括如下步骤：步骤3.1：在第i个发射端天线子阵列天线加权矢量bi基础上，对发射端天线子阵列相移器的相位进行调整，计算生成Ki个候选的天线加权矢量，使得Ki个候选的天线加权矢量波束方向靠近bi的波束方向；计算生成Ki个候选的天线加
权矢量的具体公式1如下： w i ( p , k ) = b i ( p ) e j 2 π ( p - 1 ) ( r k - 1 ) / ( ( K i - 1 ) Q i ) ; ]]>其中，第i个发射端天线子阵列上有Pi个天线，p表示第i个发射端天线子阵列上的任意一根天线，p＝1,2,…,Pi；k＝1,2,…,Ki；Qi表示第i个发射端天线子阵列对应码本中的码字个数；rk＝1-fix(Ki/2),…,1+fix(Ki/2)，其中fix(·)只返回整数部分；由公式1推导出第i个发射端天线子阵列上的相移器的相位旋转角度的计算公式2，公式2具体如下：△θi(p,k)＝2π(p-1)(rk-1)/((Ki-1)Qi)；步骤3.2：发射端天线子阵列发射相同的信号，第i个发射端天线子阵列依次使用bi和Ki个候选的天线加权矢量工作，其他的发射端天线子阵列和接收端天线子阵列采用最近更新的天线加权矢量工作；步骤3.3：发射端天线子阵列发射完毕后，接收端根据信号质量选择出最优的信号，并找出其对应的天线加权矢量的序号A，接收端把天线加权矢量序号A反馈给发射端；步骤3.4：判断反馈的序号A所对应的天线加权矢量是否是bi：是，则不对第i个发射端天线子阵列的相移器的相位进行调整；否，则调整第i个发射端天线子阵列的相移器的相位，使其与反馈的序号A所对应的天线加权矢量的方向一致本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于码本的分离型子阵列模拟波束训练方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：发射端一共有Nt个发射端天线子阵列，接收端一共有Nr个接收端天线子阵列，第i个发射端天线子阵列为发射端天线子阵列中的任意一个，第j个接收端天线子阵列为接收端天线子阵列中的任意一个，其中i＝1,2,…,Nt，j＝1,2,…,Nr，时间段Tt,i表示第i个发射端天线子阵列确定其天线加权矢量所用的时间，时间段Tr,j表示第j个接收子阵列确定其天线加权矢量所用的时间，接收信号质量表示接收端接收到的第i个发射端天线子阵列的第m个波束的信号质量，表示第j个接收子阵列的第n个波束接收的信号质量；表示第i个发射子阵列使用第l个波束发射信号对应的信号质量，表示第j个接收子阵列使用第t个波束接收对应的信号质量；在时间段Tt,i内，第i个发射端天线子阵列按照i＝1,2,…,Nt的顺序依次发射相同的信号，所述发射端天线子阵列均采用码本中的码字作为其天线加权矢量发射信号；当第i个发射端天线子阵列发送信号时，其他发射端天线子阵列处于不工作状态；所有接收端天线子阵列全向接收，接收端接收到信号后首先根据接收信号质量选择出质量最好的信号，并找出所述质量最好的信号对应的码字序号，接收端把码字序号反馈给发射端；发射端根据反馈的码字序号确定第i个子阵列天线加权矢量bi；步骤2：在时间段Tr,j内，发射端所有的天线子阵列i(i＝1,2,…,Nt)使用步骤1得到的子阵列天线加权矢量bi定向发射相同的信号，接收端第j个天线子阵列按照j＝1,2,…,Nr的顺序依次接收信号，接收端天线子阵列均采用码本中的码字作为其天线加权矢量接收信号，当第j个接收端天线子阵列接收信号的时候，其他接收端天线子阵列处于不工作状态；当所有发射端天线子阵列发射信号完毕后，接收端根据信号质量选择出最优的信号，并找出所述最优的信号对应的码字，接收端将所述最优的信号对应的码字作为接收端第j个子阵列天线加权矢量cj；步骤3：根据步骤1和步骤2得到的子阵列天线加权矢量bi(i＝1,2,…,Nt)和子阵列天线加权矢量cj(j＝1,2,…,Nr)判断是否满足预想达到的性能：若不满足，则继续对天线子阵列相移器的相位做微调操作，直到性能达到为止；发射端天线子阵列相移器的相位的微调操作具体操作包括如下步骤：步骤3.1：在第i个子阵列天线加权矢量bi基础上，对发射端天线子阵列相移器的相位进行调整，计算生成Ki个候选的天线加权矢量，使得Ki个候选的天线加权矢量波束方向靠近bi的波束方向；计算生成Ki个候选的天线加权矢量的具体公式1如下：wi(p,k)=bi(p)ej2π(p-1)(rk-1)/((Ki-1)Qi);]]>其中，第i个发射端天线子阵列上有Pi个天线，p表示第i个发射端天线子阵列上的任意一根天线，p＝1,2,…,Pi；k＝1,2,…,Ki；Qi表示第i个发射端天线子阵列对应码本中的码字个数；rk＝1‑fix(Ki/2),…,1+fix(Ki/2)，其中fix(·)只返回整数部分；由公式1推导出第i个发射端天线子阵列上的相移器的相位旋转角度的计算公式2，公式2具体如下：Δθi(p,k)＝2π(p‑1)(rk‑1)/((Ki‑1)Qi)；步骤3.2：发射端天线子阵列发射相同的信号，第i个发射端天线子阵列依次使用bi和Ki个候选的天线加权矢量工作，其他的发射端天线子阵列w(w≠i)仅采用bw工作，类似地，接收端所有的天线子阵列j(j＝1,2,…,Nr)仅采用cj接收信号；步骤3.3：发射端天线子阵列发射完毕后，接收端根据信号质量选择出最优的信号，并找出其对应的天线加权矢量的序号A，接收端把天线加权矢量序号A反馈给发射端；步骤3.4：判断反馈的序号A所对应的天线加权矢量是否是bi：是，则不对第i个发射端天线子阵列的相移器的相位进行调整；否，则调整第i个发射端天线子阵列的相移器的相位，使其与反馈的序号A所对应的天线加权矢量的方向一致，并更新bi；接收端天线子阵列相移器的相位的微调操作具体操作包括如下步骤：步骤3.5：在第j个子阵列天线加权矢量cj基础上，根据公式2计算出相位旋转角度，并对接收端天线子阵列的相移器的相位进行微小的调整，使得调整后的天线加权矢量波束方向接近子阵列天线加权矢量cj的波束方向，在子阵列天线加权矢量cj波束方向形成Tj个候选的天线加权矢量；步骤3.6：发射端所有的天线子阵列i(i＝1,2,…,Nt)使用子阵列天线加权矢量bi发射相同的信号，第j个接收端天线子阵列依次使用子阵列天线加权矢量cj和Tj个候选的天线加权矢量接收信号，其他的接收端天线子阵列v(v≠j)仅使用子阵列天线加权矢量cv接收信号；步骤3.7：接收端天线子阵列接收完毕后，接收端根据信号质量选择出最优的信号对应的天线加权矢量的序号B，判断序号B所对应的天...

【技术特征摘要】
1.一种基于码本的分离型子阵列模拟波束训练方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：发射端一共有Nt个发射端天线子阵列，接收端一共有Nr个接收端天线子阵列，第i个发射端天线子阵列为发射端天线子阵列中的任意一个，第j个接收端天线子阵列为接收端天线子阵列中的任意一个，其中i＝1,2,…,Nt，j＝1,2,…,Nr，时间段Tt,i表示第i个发射端天线子阵列确定其天线加权矢量所用的时间，时间段Tr,j表示第j个接收子阵列确定其天线加权矢量所用的时间，接收信号质量表示接收端接收到的第i个发射端天线子阵列的第m个波束的信号质量，表示第j个接收子阵列的第n个波束接收的信号质量；表示第i个发射子阵列使用第l个波束发射信号对应的信号质量，表示第j个接收子阵列使用第t个波束接收对应的信号质量；在时间段Tt,i内，第i个发射端天线子阵列按照i＝1,2,…,Nt的顺序依次发射相同的信号，所述发射端天线子阵列均采用码本中的码字作为其天线加权矢量发射信号；当第i个发射端天线子阵列发送信号时，其他发射端天线子阵列处于不工作状态；所有接收端天线子阵列全向接收，接收端接收到信号后首先根据接收信号质量选择出质量最好的信号，并找出所述质量最好的信号对应的码字序号，接收端把码字序号反馈给发射端；发射端根据反馈的码字序号确定第i个子阵列天线加权矢量bi；步骤2：在时间段Tr,j内，发射端所有的天线子阵列i(i＝1,2,…,Nt)使用步骤1得到的子阵列天线加权矢量bi定向发射相同的信号，接收端第j个天线子阵列按照j＝1,2,…,Nr的顺序依次接收信号，接收端天线子阵列均采用码本中的码字作为其天线加权矢量接收信号，当第j个接收端天线子阵列接收信号的时候，其他接收端天线子阵列处于不工作状态；当所有发射端天线子阵列发射信号完毕后，接收端根据信号质量选择出最优的信号，并找出所述最优的信号对应的码字，接收端将所述最优的信号对应的码字作为接收端第j个子阵列天线加权矢量cj；步骤3：根据步骤1和步骤2得到的子阵列天线加权矢量bi(i＝1,2,…,Nt)和子阵列天线加权矢量cj(j＝1,2,…,Nr)判断是否满足预想达到的性能：若不满足，则继续对天线子阵列相移器的相位做微调操作，直到性能达到为止；发射端天线子阵列相移器的相位的微调操作具体操作包括如下步骤：步骤3.1：在第i个子阵列天线加权矢量bi基础上，对发射端天线子阵列相
\t移器的相位进行调整，计算生成Ki个候选的天线加权矢量，使得Ki个候选的天线加权矢量波束方向靠近bi的波束方向；计算生成Ki个候选的天线加权矢量的具体公式1如下： w i ( p , k ) = b i ( p ) e j 2 π ( p - 1 ) ( r k - 1 ) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：何世文，
申请(专利权)人：江苏中兴微通信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32