CN115882912B 一种自适应毫米波波束搜索方法 （杭州电子科技大学）

本发明公开了一种自适应毫米波波束搜索码本和窄波束搜索码本执行自适应波束搜索的索码本和是否停止当前层级的分层搜索并进入而降低波束搜索时间开销的同时保证波束对准2步骤1所述的波束搜索场景包括一个发射机和一个接收机，其中由发射机持续不断的向其覆盖的整个角度空间发射导频信号，接收机使用预置的波束搜索码本进行波束扫描，步骤1所述波束搜索码本分为两种，一种是分层波束搜索步骤1所述的分层波束搜索码本呈树状结构，即一个上层较宽的波束的覆盖区间在下步骤2所述的波束搜索从分层波束搜索码本开始执行波束扫描；且所述的波束搜索总在使用分层波束搜索码本执行波束扫描时，接收机每次完成一个循所述的分层搜索接收机完成一个循环的导频信号采集是指接收机依次使用当前层级所述的从分层波束搜索码本向窄波束搜索码本的切换是通过检测未知信道信噪比的3步骤3所述使用分层波束搜索码本进行波束搜索时，发射机使用覆盖其感兴趣角度区w(k,j)对应的波束接收到的信号表示其中表示发射机和接收机之间的等效信道，和接收机之间的信道矩阵，sa,ec"表示发送的导频信号且PT表示其中，PT表示天线的发射功率，表示圆对称高斯噪声，得到信道的信噪比为步骤3中为了检测当前信道信噪比的高低，会提前设定一个信道信噪比目标值β,并且4的检测结果满足公式(6)的条件，则切换波束搜索码本，使用窄波束搜索码本进行波束搜步骤3在执行分层搜索时，使用广义似然比检验来检测累计接收信号的信噪比是否满的信噪比为令累计接收信号的信噪比的预设目标值为ρ,则根据广所述分层搜索进入第k+1层，且k≥1时，根据第k层波束搜索停止时束搜索角度区间有三种可能，且其确定的具体规则如下：当信道主径角度的估计值时，选择CVw(k,i)作为第k+1层的波束搜索角度区间；当信道主径角度的估计值θ(k,i+1)分别表示角度区间c"..和的中心角度，信道主径角度的估计值由公式5表示接收机的波束赋形增益；和cvn.,相等的角度区间作为第k+1层的波束搜索角度区间，区间内所有码字对应的波束并开始执行循环波束扫描；次循环扫描后，波束wi从第一次扫描开始接收到的信号y,ec"可以表示为：其中，h,=wf"HW,是发射机和接收机之间的等效信道，为导频信号，且其中PT为天线发射功率，zec"是方差为σ2的独立圆对称高斯变量；wi对6的非中心卡方分布；步骤5对活跃波束每次循环扫描后，根据所有波束强度两两强弱对比的后验概率来更7其中表示最后剩下的在活跃波束集合中的最强波束对应的8种能够自适应决定持续执行多精度分层波束搜索码本进行波束搜索或切换到窄波束搜索[0002]毫米波通信被认为是实现高速数据传输的关键技术之一本的不同，基于空间扫描的波束搜索方法可以分为两大类，一种是穷举搜索(Exhaustive[0005]本发明针对复杂的毫米波通信系统，公布了一种自适应的毫米波波束搜索方换波束搜索码本和是否停止当前层级的分层搜9表示，其中c".,e[-1,l是对覆盖角度取余弦之后的结果。在分层波束搜索码波束搜索停止。若不满足切换至窄波束搜索码本的条件且当前分层搜索层级不是最后一[0020]其中较优地，步骤2所述的分层搜索接收端完成一个循环的导频信号采集是指接收端依次使用当前层级所有的待选波束采集一次接[0021]其中较优地，步骤2中所述的从分层波束搜索码本向窄波束搜索码本的切换是通过检测未知信道信噪比的高低来决定的。原因是分层波束搜索码本适用于高信噪比的场∈{i,i+1}个码字w(k,j)对应的波束接收到的信号可送端和接收端之间的信道矩阵，表示发送的导频信号且PT[0035]在接收端每一次循环扫描之后，都会进行一次信道信噪比检测。若检验统计量G的信噪比是否满足预设的目标值。在当前层级为第k层时，由匹配滤波器的输出信号公式层搜索时，待搜索的角度区间确定为待搜索的波束为w(1,1)和w(1,2)对应止时接收端积累的匹配滤波信号r(k,i)和r(k,i+1)，决定第k+1层的波束搜索角度区间。具体当信道主径角度的估计值时，选择CVw(k,*)作为第k+1层的波束搜索θ和交界处的角度。[0047]u(0)ec""表示在接收端的导向矢量，g*(k,i)(θ)表示g(k,i)(θ)的复共轭，表示接收端的波束赋形增益。因此第k+1层的待搜索角度区间可以总结为：内所有码字对应的波束就是第k+1＜K层的待搜索波束。否则就以为区间中z,ec"是方差为σ2的独立圆对称高斯变量。wi对[0055]其中，是匹配滤波之后的信号，Ti服从自由度为2，非中心参数为的非中心卡方分布。[0071]其中，w(K,i)表示最后一层第K层波束搜索码本中的任意一个[0074]其中表示最后剩下的在活跃波束集合中的最强波束对[0079]本发明创造性的设计出一种波束搜索码本切换机制，能够根据信道信噪比的变定波束发送导频信号，接收机通过波束扫描寻找最佳的波束方向。令接收端配备NR＝2K个天线且天线间隔为半个波长的均匀直线阵列，拥有多精度分层波束搜索码本W和窄波束搜索码本i,其中K表示分层波束搜索码本的层数，第k层的码字集合表示为Wk，分层波束搜索码本的第k层中第i个码字用m,ec""表示，且w(k,i)所覆盖的角度范围区间用表示，其中是对覆盖的角度范围取余弦之后的结果。使用分层波束搜索码本的最后一层中的所有码字Wk作为窄波束搜索码本，表示为其中wi为码字，且发送端配备有NT个天线的半波长均[0089]如图1所示的分层波束搜索码本结构示意图，分层波束搜索码本满足下面两个准[0094]步骤2、使用分层波束搜索码本和窄波束搜索码本执行自适应波束搜索的总体流换波束搜索码本和是否停止当前层级的分层搜[0097]在分层搜索方法中，发射端使用覆盖其感兴趣角度区间的波束w,ec""发射信[0102]从分层波束搜索码本向窄波束搜索码本的切换是通过检测信道信噪比的高低来[0111]在接收端每一次循环扫描之后，都会进行一次信道信噪比检测。若检验统计量G[0112]在判断是否停止当前层级的分层搜索时，是对累计接收[0113]由匹配滤波器的输出信号公式(24)可知，匹配滤波器输出r(k,j)的信噪比为在分层搜索中对任意一个波束每次循环扫描之后，会检测匹配滤量得到，因此可以直接在接收端计算检验统计量得到第k层的波束搜索停止条c.米波单径信道可以表示为H=au(0)v"(),其中u(θ)和v(p)表示在接收端和发送端的[0125]令并且因此接收端经过m次循环[0136]表示接收端的波束赋形增益，将代入公式[0143]当就选择作为第k+1层的波束搜索区间，否则以并开始执行循环波束扫描。[0151]其中，是匹配滤波之后的信号，Ti服从自由度为2，非中心参数为的非中心卡方分布。[0152]5.3对活跃波束每次循环扫描后，[0167]6.1当使用分层波束搜索码本搜索到最后一层第K层时，不需要再确定下一层搜索区间，但需要确定最后用于波束赋形的方向，这时就是波束赋形的方向。当可以直接使用分层波束搜索码本里相应的码字w(K,j)进行波束赋束赋形指向需要对相邻的码字旋转一定的角度，使其可以做到波束赋形指向br令[0169]其中，w(K,i)表示最后一层第K层波束搜索码本中的任意一个[0170]6.2使用窄波束搜索码本进行[0174]当以条件2作为停止条件时，可以将wi*移动半个波束宽度=2000。CN113225116B,2022_05_31.)、一种自适应窄波束搜索算法(IDBS,此算法可以参阅如BeamSearchWithIterativeDeactivationandBeamShifting,"inIEEETransactionsonWirele