[发明专利]一种两阶段码本搜索的三维波束赋形方法

摘要

本发明公开了一种两阶段码本搜索的三维波束赋形方法，主要解决现有技术仅适用于强相关环境、搜索复杂度高、反馈负载高的问题。具体步骤是：首先，将码本分解成一个长期码本和短期码本；其次，使用两阶段码本搜索初始化赋形权值矩阵；然后，根据计算的行索引和列索引取值，采用两阶段码本搜索更新对应行和列的赋形权值矢量；接下来，若是更新首行首列，则反馈长期和短期码本索引，否则仅反馈短期码本索引；最后，每次得到完整的波束赋形权值矩阵，对发送给用户的信号进行赋形操作，直至信号发送完毕。本发明具有所得权值与信道完全匹配、码本搜索复杂度和反馈负载低等优点，可用于长期演进增强LTE-A系统三维波束赋形。

主权项

一种两阶段码本搜索的三维波束赋形方法，包括如下步骤：(1)码本分解：1a)对离散傅里叶变换DFT码本进行等间隔分组，选取等间隔分组中每个分组的第一个列矢量组成长期码本；1b)从等间隔分组中任选一个分组，将该分组的所有列矢量组成短期码本；(2)估计初始信道增益：长期演进增强LTE‑A下行通信链路中的用户，采用最小二乘信道估计方法，分别估计基站天线阵中第一行和第一列天线所对应的信道增益；(3)初始化波束赋形权值矩阵：3a)将码本计数器的计数值设定为0；3b)依据最大容量准则，对长期码本进行搜索，选出长期码本中与信道增益相匹配的水平维长期码本索引和竖直维长期码本索引，完成三维波束赋形中第一阶段码本搜索；3c)依据最大容量准则，结合水平维长期码本索引和竖直维长期码本索引，对短期码本进行搜索，选出短期码本中与信道增益相匹配的水平维短期码本索引和竖直维短期码本索引，完成三维波束赋形中第二阶段码本搜索；3d)将水平维长期码本索引、水平维短期码本索引、竖直维长期码本索引、竖直维短期码本索引反馈给长期演进增强LTE‑A下行通信链路中的基站；3e)将赋形计数器的计数值设定为0；3f)长期演进增强LTE‑A下行通信链路中的基站，根据水平维长期码本索引和水平维短期码本索引，参照长期码本和短期码本，生成水平维波束赋形权值矩阵；3g)长期演进增强LTE‑A下行通信链路中的基站，根据竖直维长期码本索引和竖直维短期码本索引，参照长期码本和短期码本，生成竖直维波束赋形权值矩阵；3h)将水平维波束赋形权值矩阵和竖直维波束赋形权值矩阵做点乘运算，得到完整的波束赋形权值矩阵；(4)确定行索引和列索引取值：4a)将码本计数器的计数值加1；4b)将当前码本计数器的计数值与长期演进增强LTE‑A下行通信链路基站天线阵中天线的行数做取余数运算，如果所得余数不等于0，则将该余数作为行索引取值，如果所得余数等于0，则将长期演进增强LTE‑A下行通信链路基站天线阵中天线的行数作为行索引取值；4c)将得到的行索引取值作为列索引取值；(5)估计信道增益：5a)采用最小二乘信道估计方法，对长期演进增强LTE‑A下行通信链路基站天线阵中行索引取值所对应行的信道增益进行估计；5b)采用最小二乘信道估计方法，对长期演进增强LTE‑A下行通信链路基站天线阵中列索引取值所对应列的信道增益进行估计；(6)判断行和列的索引取值是否等于1：判断行索引取值和列索引取值是否等于1，如果是，执行步骤(7)；否则，执行步骤(10)；(7)选取长期码本索引和短期码本索引：7a)依据最大容量准则，对长期码本进行搜索，选出长期码本中与步骤5a)估计出的信道增益相匹配的水平维长期码本索引；7b)依据最大容量准则，结合水平维长期码本索引，对短期码本进行搜索，选出短期码本中与步骤5a)估计出的信道增益相匹配的水平维短期码本索引；7c)依据最大容量准则，对长期码本进行搜索，选出长期码本中与步骤5b)估计出的信道增益相匹配的竖直维长期码本索引；7d)依据最大容量准则，结合竖直维长期码本索引，对短期码本进行搜索，选出短期码本中与步骤5b)估计出的信道增益相匹配的竖直维短期码本索引；(8)反馈长期码本索引和短期码本索引：8a)将水平维长期码本索引、竖直维长期码本索引、水平维短期码本索引、竖直维短期码本索引反馈给长期演进增强LTE‑A下行通信链路中的基站；8b)将赋形计数器的计数值加1；(9)判断两个计数器的计数值是否相等：判断码本计数器的当前计数值和赋形计数器的当前计数值是否相等，如果是，执行步骤(12)，否则，执行步骤(8)；(10)选取短期码本索引：10a)依据最大容量准则，结合水平维长期码本索引，对短期码本进行搜索，选出短期码本中与步骤5a)估计出的信道增益相匹配的水平维短期码本索引；10b)依据最大容量准则，结合竖直维长期码本索引，对短期码本进行搜索，选出短期码本中与步骤5b)估计出的信道增益相匹配的竖直维短期码本索引；(11)反馈短期码本索引：将水平维短期码本索引、竖直维短期码本索引反馈给长期演进增强LTE‑A下行通信链路中的基站；(12)更新波束赋形权值矩阵：12a)长期演进增强LTE‑A下行通信链路中的基站根据获得的水平维长期码本索引和水平维短期码本索引，更新水平维波束赋形权值矩阵；12b)长期演进增强LTE‑A下行通信链路中的基站根据获得的竖直维长期码本索引和竖直维短期码本索引，更新竖直维波束赋形权值矩阵；12c)将更新后的水平维波束赋形权值矩阵和更新后的竖直维波束赋形权值矩阵做点乘运算，得到完整的更新后的波束赋形权值矩阵；(13)输出赋形结果：将波束赋形权值矩阵与长期演进增强LTE‑A下行通信链路中的基站发送给用户的数据做乘法运算，获得波束赋形加权信号，基站天线阵发射该波束赋形加权信号，完成波束赋形操作；(14)判断数据是否传送完：判断赋形计数器的计数值是否大于长期演进增强LTE‑A下行通信链路中基站发送给用户的数据帧的长度，如果是，执行步骤(15)，否则，执行步骤(4)；(15)结束：长期演进增强LTE‑A下行通信链路中基站给用户发送数据，发送完成后，结束三维波束赋形操作。