[发明专利]一种毫米波通信多径信道动态波束训练方法

说明书

本发明公开了一种毫米波通信多径信道动态波束训练方法，本发明充分研究了毫米波通信多径信道的波束训练方法，设计了动态可调且具有闭合表达式的发送端和接收端的分层码本，通过移除之前估计的路径干扰的方法，将多径信道估计的问题转换序贯的多个单径信道估计问题。其中，移除已估计径的影响通过设计码字实现，使得多径信道的波束训练复杂度大幅降低，准确度大幅提高。

技术领域

本发明属于毫米波无线通信领域，涉及一种毫米波通信多径信道动态波束训练的方法。

背景技术

随着移动终端设备的流行，人们对于无线通信的需求量也越来越大。为满足人们日益增长的对数据流量的需求，毫米波通信(30GHz-300GHz)因其丰富的频谱资源和极高的传输速率得到了人们的广泛关注。

由于比现有微波频段通信更高的载频，毫米波通信在空间传播时有更大的路径损耗。另一方面，更高的载频使得毫米波通信具有更小的天线尺寸。这使得在有限的区域内可以被封装更大规模天线阵列，并利用天线阵列的增益弥补信道路径损耗。现行的微波频段通信一般为每个天线分配专用的射频链路。然而，由于毫米波通信一般应用大规模天线阵列，为每根天线分配专用的射频链路将会产生高昂的射频链路成本。为节省射频链路的成本，一种使用少量射频链路的混合预编码结构在毫米波通信中被广泛采用。在混合预编码结构中，每个射频链路通过天线数目的移相器链接到所有的天线上。

为了获得毫米波通信信道的信息，一种基于预先设定的码本的波束训练方式被广泛采用。为了进一步加快波束训练的速度，一种基于分等级码本的分层波束训练方式被提出。在分等级码本中，每个码字均是覆盖一定空间范围的波束，且上层码字的波束覆盖范围是底层相应的两个码字波束覆盖范围的叠加。波束训练通常寻找测试的码字中具有最大能量的码字。运用分等级码本获得单径信道的信道状态信息通常较为容易且表现较好。然而，将分等级波束训练应用于多径信道时，如果想要获得多个径的信息，需要对这些路径进行序贯搜索。在搜索新的路径的时候，前面路径的信息需要被移除。

如何移除之前估计的路径的影响时毫米波通信系统多径信道波束训练的重点。虽然多径信道在文献[1]中被考虑([1]Z.Xiao,T.He,P.Xia,and X.G.Xia,“Hierarchicalcodebook design for beamforming training in millimeter-wave communication,”IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.15,no.5,pp.3380–3392,May.2016.)，然而其方法只适合于寻找一条路径。将文献[1]的方法应用于获取多条路径的信息，将会有极大的可能产生错误的估计。作为对文献[1]方法的提升，文献[2]通过增加额外的训练，获取更精确的信道信息。虽然，比起文献[1]，文献[2]提高了获取多径信道信息的准确度，其性能依然较低([2]Z.Xiao，H.Dong，L.Bai，P.Xia，and X.Xia，“Enhanced channel estimation andcodebook design for millimeter-wave communication，”IEEE Trans.Veh.Technol.，vol.67，no.10，pp.9393-9405，Oct.2018)。

文献[1]和[2]通过计算出已估计路径的参数(信道的衰落系数、发送角及到达角)，然后从接收的信号中减去已估计路径的影响。然而，通过码本难以得到多径的精确参数。这使得在估计当前径的时候残留大量已估计路径的影响，极大地影响了信道信息的获取。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种有效的多径信道动态波束训练的方法。该方法分成动态码本设计和动态波束训练两部分。动态码本设计主要是设计具有闭合表达式的可调码本。动态波束训练是根据已估计的路径，为每条路径设计适合的码本，从而避免了对信道衰落系数的估计，提高了获取毫米波多径信道的准确性。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种毫米波通信多径信道动态波束训练方法，该方法包括如下步骤：