[发明专利]一种自适应毫米波波束分层搜索方法

说明书

本发明公开了一种自适应毫米波波束分层搜索方法。本发明步骤：1、波束搜索场景假设和多层波束码本建模；2、波束分层搜索导频信号建模；3、自适应波束分层任一层，使用广义似然比检验判断接收到的导频信号信噪比是否达到目标值；如达到该目标值或该层波束搜索时间达到预设最大值，则停止该层搜索；反之则继续该层搜索；4、分层搜索最后一层之外的任一层，满足步骤3的单层停止搜索条件后，选择下一层待搜索的角度空间；5、最后一层搜索停止后，选择最终的波束方向。本发明能够在路径损耗和SNR未知的情况下，自动调整波束搜索的时间来保证波束搜索准确性：在低SNR下自动延长搜索时间保证搜索精度、在高SNR下降低搜索时间减小系统开销。

技术领域

本发明属于信息与通信工程领域，提出了一种自适应毫米波波束分层搜索方法，是一种基于多层波束赋形码本的自适应毫米波波束搜索方法。

背景技术

毫米波通信是移动通信网络实现超高速通信的一种重要方式。然而由于毫米波的高传播损耗，毫米波发射和接收终端需要配备多天线系统并利用波束赋形技术来提高信号的定向增益，从而保证足够的覆盖范围。而为了获得高定向增益，毫米波发射和接收终端使用的波束方向需要与通信信道的主要路径方向精确对准，即波束对准。基于空间扫描的波束搜索方法思路简单(即：使用预置波束赋形码本分时扫描不同的角度，通过测量导频信号找到与信道最吻合的波束码字)、性能可靠，是实现波束对准的一种重要方法。

经典的基于空间扫描的波束搜索方法根据使用的波束码本不同可以分为穷举搜索(Exhaustive Search)和分层搜索(Hierarchical Search)。其中，穷举搜索一般采用窄波束组成的单层码本。因码字数量大，所以穷举搜索的需要的搜索时间较长，信令资源开销大。分层搜索方法启发于二分法搜索(Bisection Search)，使用具有不同波束宽度的多层码本搜索。分层搜索通过先使用具有较宽波束的码本层级确定信道的大致方向，再逐级降低波束宽度提高波束搜索的精度。这种方法可以有效较少所需要搜索的波束码字数量，降低波束搜索的信令开销。

传统的分层搜索方法一般考虑固定的波束搜索时间。这种思路的问题是：提前固定的波束搜索时间难以适配不同的通信场景。例如低信噪比环境需要较长的导频序列(即较长的搜索时间)来达到满意的对准精度，而在高信噪比下达到同样的对准精度需要的导频序列较短。如果使用了长导频序列会造成高信噪比下信令资源的浪费。反之，则会造成低信噪比下的对准精度损失。更加合理的波束搜索方法应该能够在不同的场景下调节波束搜索时长，以最短的时间达到满意的波束搜索可靠性。

发明内容

本发明针对毫米波通信系统，提出了一种自适应毫米波波束分层搜索方法。

本发明的技术方案包括以下步骤：

步骤1、波束搜索场景假设和多层波束码本建模；

步骤2、波束分层搜索导频信号建模；

步骤3、自适应波束分层任一层，使用广义似然比检验判断接收到的导频信号信噪比是否达到目标值；如达到该目标值或该层波束搜索时间达到预设最大值，则停止该层搜索；反之，则继续该层搜索；

步骤4、除了分层搜索最后一层之外的任一层，满足步骤3的单层停止搜索条件后，选择下一层待搜索的角度空间；

步骤5、在最后一层搜索停止后，选择最终的波束方向；

进一步的，所述的步骤1具体如下：