[发明专利]波束码本生成方法、波束搜索方法及相关装置

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及波束码本生成方法、波束搜索方法及相关装置。

背景技术

在波束形成系统中，在发射端，发送信号与发送权值矢量w相乘后通过不同的天线阵元发送到无线信道中，在接收端，各个天线阵元的接收信号经过接收权值c矢量加权求和后送至信号处理模块。目标波束的形成分为自适应波束形成技术与波束切换技术。自适应波束形成技术是通过对阵列天线所接收到的信号做出一系列运算后获得最优波束模式，即天线加权矢量w，并用于通信。虽然自适应波束形成可以获得理论上的最优，但由于其计算复杂度高，收敛速度较慢，因此为降低实现难度，波束切换技术应运而生。波束切换技术是指波束形成所需的天线加权矢量w已经预先定义好并固化在设备中，并形成波束码本矩阵W＝(w₀，w₁，...，w_K)，这样设备在实际通信时只需在波束码本空间中进行搜索加权矢量就可以了。目前，在毫米波通信中获得广泛应用，当前已颁布或正在制定中的60GHz毫米波通信标准(IEEE802.15.3c，IEEE802.11ad，中国标准等)均对基于固定波束码本的波束切换技术予以支持。

当前已颁布的标准IEEE802.15.3c中对波束码本矩阵W做出了规定，式(1)为IEEE802.15.3c码本矩阵W中第p行第q列元素的产生公式，即第q号波束的码本矢量wq中的第p维元素，其中M为天线阵元数，K为波束数目(K≥M，一般K＝2M)。式(1)为N相位码本，该码本可利用更精细的相位以产生具有更高主瓣增益和更低旁瓣电平的波束，式中N为相位数。

W(p,q)=ej2πNfix(p×mod(q+(K/2),K)K/N),]]>p＝0，1，...，M-1；q＝0，1，...，K-1    (1)

在已知波束码本的情况下(已知公式(1)的情况下)，设备在实际通信时，只需通过某种方式搜索最优波束对即可获得足够的天线增益。

为提高波束搜索效率，降低波束搜索过程中的时耗与能耗，一种快速波束搜索算法被提交至中国60GHz毫米波通信相关标准中。该方法首先将波束搜索问题建模为最优化问题，并以首发双方的波束编号作为自变量，以接收信号的强度或信噪比作为目标函数，得到优化的搜索空间。快速波束搜索算法利用不同天线阵元数所产生的波束宽度的不同，基于二分搜索思想和分区而治策略加速波束搜索过程。目前所采用的快速波束搜索算法的基本流程如下：

a)将开启的天线阵元数设置为m＝2并关闭其余M-2个天线阵元，进行波束搜索(此时波束较宽，搜索空间较小，可采用遍历方法)，获得当前最优波束对并记录最优波束的主瓣方向记搜索计数器i＝1；

b)置i＝i+1，将开启的天线阵元数设置为m＝2i，关闭的天线阵元数为M-2i，以当前所记录的最优主瓣方向附近的波束为初始波束对，继续进行波束搜索，获得最优波束对并更新记录最优波束的主瓣方向

c)如果所有的天线阵元均已使用(m＝M)，则搜索结束，并以当前所记录的最优波束对为最终搜索结果；否则返回步骤b)。

由前可知，目前当采用公式(1)的方式计算出波束码本时，为实现波束的搜索，需要对相控阵天线的每个天线阵元进行单独开关控制，直至所有天线阵元均处于打开状态，这无疑增加了硬件实现难度，不利于算法的实现。

发明内容