[发明专利]低精度模数转换与混合预编码结合的无反馈波束训练方法

说明书

本发明公开了一种低精度模数转换与混合预编码结合的无反馈波束训练方法，该方法按以下步骤进行：1)基站选通混合预编码模块，将训练数据用粗波束全方向发送；2)用户选通低精度模数转换器模块，从接收信息中估计出质量最好的几个到达波束的角度信息；3)用户选通混合预编码模块，利用上一步获得的角度信息，将训练数据连续用不同角度的单波束发送；4)基站选通低精度模数转换器模块，同理从接收信息中估计出到达波束的角度信息，利用信道互易性即可获取基站与用户间的匹配波束，完成信道的接入。本发明不仅可以高效完成信道接入，还可以有效的简化波束训练过程，无需再设计复杂的反馈通道，快速找到基站与用户间的匹配波束。

技术领域

本发明涉及一种低精度模数转换与混合预编码结合的无反馈波束训练技术,属于毫米波通信技术领域。

背景技术

毫米波频段具有丰富的带宽资源，因此在无线通信领域中采用毫米波频段扩大通信带宽是提高数据传输速率的有效途径，以达到5G超过10Gbps的峰值数据速率的预想。近年来毫米波通信系统越来越多的用于点对点干线数据传输，成为移动通信领域研究开发的热点。毫米波系统相比于目前大部分的无线系统，它的载波频率是后者的数十倍，因此毫米波的自由空间路径损耗增加了数十倍。但毫米波系统利用波长短的优势，能够在较小面积内安装大规模天线阵列，大的天线阵列能够提高波束增益来对抗路径损耗，建立合适信噪比的链接。

在基站端配备大的天线阵列，可以形成高增益高度定向的窄波束，能够显著增加接收信号的信噪比。但是高度定向的窄波束，在提升系统性能的同时会给广播信道和随机接入过程带来一定的影响。为了充分利用大规模天线的高阵列增益，需要通过波束训练的方式寻找基站端与用户端之间的最优收发波束。如果直接在全部可能的波束空间或波束方向上进行训练或搜索，会造成训练时间过长，信道状态信息资源开销过大等问题。

毫米波混合信号硬件的高成本和高功耗不允许每一个天线硬件都连接射频(RF)硬件，使得毫米波信号的传输严重依赖模拟和RF信号处理。为了解决毫米波频段移动通信的硬件和功耗限制，提出了例如混合预编码模块和低精度模数转换器模块等多种新模块。如S.Han,I.Chih-Lin等提出的“Large-scale antenna systems with hybrid analog anddigital beamforming for millimeter wave 5G”(5G毫米波中具有混合模数波束成形的大规模天线系统)，J.Mo和R.W.Health提出的“Capacity analysis of one-bit quantizedMIMO systems with transmitter channel state information”(已知发送端信道状态信息的1比特量化MIMO系统的容量分析)。但是在混合预编码模块下，由于接收到的信号要经过模拟合并的处理，且射频链路减少了，因此波束扫描及信道估计阶段的时延较大。低精度模数转换器模块也有一定的缺陷，虽然大大降低了系统功耗，但是以损失精度为代价。目前尚未有人提出将以上两者的优势相结合的方案。

为了大大降低波束扫描的复杂度和时延，本发明综合利用低精度模数转换器模块和混合预编码模块的优势，提出了一种低精度模数转换与混合预编码结合的无反馈波束训练方法。本方法不仅可以高效完成信道接入，还可以有效的简化波束训练过程，快速找到基站与用户间的匹配波束。无需再设计复杂的反馈通道，也无需将波束多次分级扫描。

发明内容

技术问题：本发明提出了一种低精度模数转换与混合预编码结合的无反馈波束训练方法，大大降低波束扫描的复杂度和时延，无需复杂的反馈通道，也无需将波束多次分级扫描。

技术方案：本发明综合利用低精度模数转换器模块和混合预编码模块的优势，提出了一种低精度模数转换与混合预编码结合的无反馈波束训练方法。该方法包括如下步骤：

(1)发送端选通混合预编码模块，将N_s个训练数据用粗波束全方向发送，N_s为大于1的整数，表示基带数据流数目；