CN115882912B 一種自適應毫米波波束搜索方法 （杭州電子科技大學）

本發明公開了一種自適應毫米波波束搜索碼本和窄波束搜索碼本執行自適應波束搜索的索碼本和是否停止當前層級的分層搜索并進入而降低波束搜索時間開銷的同時保證波束對準2步驟1所述的波束搜索場景包括一個發射機和一個接收機，其中由發射機持續不斷的向其覆蓋的整個角度空間發射導頻信號，接收機使用預置的波束搜索碼本進行波束掃描，步驟1所述波束搜索碼本分為兩種，一種是分層波束搜索步驟1所述的分層波束搜索碼本呈樹狀結構，即一個上層較寬的波束的覆蓋區間在下步驟2所述的波束搜索從分層波束搜索碼本開始執行波束掃描；且所述的波束搜索總在使用分層波束搜索碼本執行波束掃描時，接收機每次完成一個循所述的分層搜索接收機完成一個循環的導頻信號采集是指接收機依次使用當前層級所述的從分層波束搜索碼本向窄波束搜索碼本的切換是通過檢測未知信道信噪比的3步驟3所述使用分層波束搜索碼本進行波束搜索時，發射機使用覆蓋其感興趣角度區w(k,j)對應的波束接收到的信號表示其中表示發射機和接收機之間的等效信道，和接收機之間的信道矩陣，sa,ec"表示發送的導頻信號且PT表示其中，PT表示天線的發射功率，表示圓對稱高斯噪聲，得到信道的信噪比為步驟3中為了檢測當前信道信噪比的高低，會提前設定一個信道信噪比目標值β,并且4的檢測結果滿足公式(6)的條件，則切換波束搜索碼本，使用窄波束搜索碼本進行波束搜步驟3在執行分層搜索時，使用廣義似然比檢驗來檢測累計接收信號的信噪比是否滿的信噪比為令累計接收信號的信噪比的預設目標值為ρ,則根據廣所述分層搜索進入第k+1層，且k≥1時，根據第k層波束搜索停止時束搜索角度區間有三種可能，且其確定的具體規則如下：當信道主徑角度的估計值時，選擇CVw(k,i)作為第k+1層的波束搜索角度區間；當信道主徑角度的估計值θ(k,i+1)分別表示角度區間c"..和的中心角度，信道主徑角度的估計值由公式5表示接收機的波束賦形增益；和cvn.,相等的角度區間作為第k+1層的波束搜索角度區間，區間內所有碼字對應的波束并開始執行循環波束掃描；次循環掃描后，波束wi從第一次掃描開始接收到的信號y,ec"可以表示為：其中，h,=wf"HW,是發射機和接收機之間的等效信道，為導頻信號，且其中PT為天線發射功率，zec"是方差為σ2的獨立圓對稱高斯變量；wi對6的非中心卡方分布；步驟5對活躍波束每次循環掃描后，根據所有波束強度兩兩強弱對比的后驗概率來更7其中表示最后剩下的在活躍波束集合中的最強波束對應的8種能夠自適應決定持續執行多精度分層波束搜索碼本進行波束搜索或切換到窄波束搜索[0002]毫米波通信被認為是實現高速數據傳輸的關鍵技術之一本的不同，基于空間掃描的波束搜索方法可以分為兩大類，一種是窮舉搜索(Exhaustive[0005]本發明針對復雜的毫米波通信系統，公布了一種自適應的毫米波波束搜索方換波束搜索碼本和是否停止當前層級的分層搜9表示，其中c".,e[-1,l是對覆蓋角度取余弦之后的結果。在分層波束搜索碼波束搜索停止。若不滿足切換至窄波束搜索碼本的條件且當前分層搜索層級不是最后一[0020]其中較優地，步驟2所述的分層搜索接收端完成一個循環的導頻信號采集是指接收端依次使用當前層級所有的待選波束采集一次接[0021]其中較優地，步驟2中所述的從分層波束搜索碼本向窄波束搜索碼本的切換是通過檢測未知信道信噪比的高低來決定的。原因是分層波束搜索碼本適用于高信噪比的場∈{i,i+1}個碼字w(k,j)對應的波束接收到的信號可送端和接收端之間的信道矩陣，表示發送的導頻信號且PT[0035]在接收端每一次循環掃描之后，都會進行一次信道信噪比檢測。若檢驗統計量G的信噪比是否滿足預設的目標值。在當前層級為第k層時，由匹配濾波器的輸出信號公式層搜索時，待搜索的角度區間確定為待搜索的波束為w(1,1)和w(1,2)對應止時接收端積累的匹配濾波信號r(k,i)和r(k,i+1)，決定第k+1層的波束搜索角度區間。具體當信道主徑角度的估計值時，選擇CVw(k,*)作為第k+1層的波束搜索θ和交界處的角度。[0047]u(0)ec""表示在接收端的導向矢量，g*(k,i)(θ)表示g(k,i)(θ)的復共軛，表示接收端的波束賦形增益。因此第k+1層的待搜索角度區間可以總結為：內所有碼字對應的波束就是第k+1＜K層的待搜索波束。否則就以為區間中z,ec"是方差為σ2的獨立圓對稱高斯變量。wi對[0055]其中，是匹配濾波之后的信號，Ti服從自由度為2，非中心參數為的非中心卡方分布。[0071]其中，w(K,i)表示最后一層第K層波束搜索碼本中的任意一個[0074]其中表示最后剩下的在活躍波束集合中的最強波束對[0079]本發明創造性的設計出一種波束搜索碼本切換機制，能夠根據信道信噪比的變定波束發送導頻信號，接收機通過波束掃描尋找最佳的波束方向。令接收端配備NR＝2K個天線且天線間隔為半個波長的均勻直線陣列，擁有多精度分層波束搜索碼本W和窄波束搜索碼本i,其中K表示分層波束搜索碼本的層數，第k層的碼字集合表示為Wk，分層波束搜索碼本的第k層中第i個碼字用m,ec""表示，且w(k,i)所覆蓋的角度范圍區間用表示，其中是對覆蓋的角度范圍取余弦之后的結果。使用分層波束搜索碼本的最后一層中的所有碼字Wk作為窄波束搜索碼本，表示為其中wi為碼字，且發送端配備有NT個天線的半波長均[0089]如圖1所示的分層波束搜索碼本結構示意圖，分層波束搜索碼本滿足下面兩個準[0094]步驟2、使用分層波束搜索碼本和窄波束搜索碼本執行自適應波束搜索的總體流換波束搜索碼本和是否停止當前層級的分層搜[0097]在分層搜索方法中，發射端使用覆蓋其感興趣角度區間的波束w,ec""發射信[0102]從分層波束搜索碼本向窄波束搜索碼本的切換是通過檢測信道信噪比的高低來[0111]在接收端每一次循環掃描之后，都會進行一次信道信噪比檢測。若檢驗統計量G[0112]在判斷是否停止當前層級的分層搜索時，是對累計接收[0113]由匹配濾波器的輸出信號公式(24)可知，匹配濾波器輸出r(k,j)的信噪比為在分層搜索中對任意一個波束每次循環掃描之后，會檢測匹配濾量得到，因此可以直接在接收端計算檢驗統計量得到第k層的波束搜索停止條c.米波單徑信道可以表示為H=au(0)v"(),其中u(θ)和v(p)表示在接收端和發送端的[0125]令并且因此接收端經過m次循環[0136]表示接收端的波束賦形增益，將代入公式[0143]當就選擇作為第k+1層的波束搜索區間，否則以并開始執行循環波束掃描。[0151]其中，是匹配濾波之后的信號，Ti服從自由度為2，非中心參數為的非中心卡方分布。[0152]5.3對活躍波束每次循環掃描后，[0167]6.1當使用分層波束搜索碼本搜索到最后一層第K層時，不需要再確定下一層搜索區間，但需要確定最后用于波束賦形的方向，這時就是波束賦形的方向。當可以直接使用分層波束搜索碼本里相應的碼字w(K,j)進行波束賦束賦形指向需要對相鄰的碼字旋轉一定的角度，使其可以做到波束賦形指向br令[0169]其中，w(K,i)表示最后一層第K層波束搜索碼本中的任意一個[0170]6.2使用窄波束搜索碼本進行[0174]當以條件2作為停止條件時，可以將wi*移動半個波束寬度=2000。CN113225116B,2022_05_31.)、一種自適應窄波束搜索算法(IDBS,此算法可以參閱如BeamSearchWithIterativeDeactivationandBeamShifting,"inIEEETransactionsonWirele