，DEV1搜索碼本，查找出最優(yōu)的AWVWS+及其索引<。
[0093] 帶門限粗搜索方法第一階段在方法2中給出。帶門限粗搜索方法的第二階段與第 一階段完全相同，唯一不同的是DEV2采用W:向DEV1發(fā)送數(shù)據(jù)，DEV1搜索碼本并最終得到 DEV1的最優(yōu)AWVw>粗搜索完成后，將獲得最優(yōu)AWV(w^W〇及其索引<和<。
[0094] 下面結(jié)合圖6,以DEV1采用ws(l，1)向DEV2發(fā)送訓(xùn)練數(shù)據(jù)，DEV2進(jìn)行搜索為例說 明。
[0095]
[0096] 粗搜索結(jié)束后，系統(tǒng)將得到粗碼本最優(yōu)AWV對。粗碼本的波束分辨率僅為 2/N，如果需要更高的波束分辨率2/aN就需要采用精碼本，并查找其最優(yōu)AWV對(<，<)。 由式（11)可知，精搜索的初始化AWV為(c、(《<),csi(a<))。其中，cjPCd分別為WLAN設(shè)備 DEVI和DEV2的天線權(quán)重向量。
[0097] 精搜索同樣分為兩個(gè)階段，第一階段中，DEV1向DEV2發(fā)送訓(xùn)練數(shù)據(jù)，DEV2進(jìn)行精 搜索，查找最優(yōu)AWV<&其索引；第二階段DEV2發(fā)送訓(xùn)練數(shù)據(jù)，DEV1查找最優(yōu)AWVcs 及其索引
[0098] 以精搜索第一階段為例，DEV1采用ws〇〇 =cs(?<)向DEV2發(fā)送訓(xùn)練數(shù)據(jù)，DEV2 的接收SNRy# :
[0099]
[0100] 其中，/7 = 2#(^||11代及)'(?<)||2是一個(gè)標(biāo)量，(^1)為肌^設(shè)備0￡￥2的第1 個(gè)天線權(quán)重向量。上式中將11(^(1)1^(1〇(1)|| 2簡寫為〇1。由向量乘法運(yùn)算準(zhǔn)則，(^(1) 與g(Nd，Dd)的指向角度的差別越小，〇i越大。與粗搜索相同，精搜索的目的是找出與 信道指向角度差別最小的AWVcd?)，該AWV就是最優(yōu)AWV<=cd(/<)。
[0101] 圖7給出了Nd= 8且a= 4時(shí)精碼本中所有AWV對應(yīng)的〇i，圖中，橫坐標(biāo)為AWV 的位置序號，縱坐標(biāo)表示^的值。從圖7可以看出，信道指向角度Dd在粗碼本的1<和精 碼本的cd (mj)指向角度附近。此外，最優(yōu)AWVmd+在附近的區(qū)間[?< - ?/2，+ ?/2] 內(nèi)，即圖7所示的兩條虛線之間。從圖中可看到〇i在區(qū)間[?< +?/2]內(nèi)是有且 僅有一個(gè)極值點(diǎn)的凸函數(shù)。因此可以利用〇i的特性設(shè)計(jì)基于折半查找的精碼本搜索方法。
[0102] 基于折半搜索的第一階段精碼本搜索方法在方法3中進(jìn)行了詳細(xì)說明。
[0103]
[0104] 精碼本第二階段搜索方法與第一階段類似，不同的是DEV2采用 < 向DEV1發(fā)送訓(xùn) 練數(shù)據(jù)，DEV1搜索精碼本，并返回最優(yōu)AWV< =c、("〇精搜索完成后將得到最優(yōu)AWV對 (<，<)及其索引 <和<。
[0105] 如圖8所示，收發(fā)端天線陣列數(shù)目為Ns=Nd=64,a=4時(shí)，僅存在直射徑（L0S 徑）時(shí)，無門限粗搜索方法+精搜索方法的搜索結(jié)果和窮舉方法的搜索結(jié)果對比，可以發(fā)現(xiàn) 兩種方法的搜索結(jié)果完全匹配，但是無門限粗搜索方法+精搜索方法的搜索次數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小 于窮舉搜索方法。
[0106] 如圖9所示，收發(fā)端天線陣列數(shù)目為Ns=Nd=64,a=4時(shí)，存在直射徑（L0S徑）和非直射徑（NL0S徑）時(shí)，無門限粗搜索方法+精搜索方法的搜索結(jié)果和窮舉方法的 搜索結(jié)果對比，可以發(fā)現(xiàn)兩種方法的搜索結(jié)果完全匹配，但是無門限粗搜索方法+精搜索 方法的搜索次數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于窮舉搜索方法。
[0107] 如圖1〇所示，收發(fā)端天線陣列數(shù)目為Ns= Nd= 64,a= 4時(shí)，僅存在直射徑（L0S徑）時(shí)，基于門限的粗搜索方法+精搜索方法的搜索結(jié)果和窮舉方法的搜索結(jié)果對比，可以 發(fā)現(xiàn)兩種方法的搜索結(jié)果完全匹配，但是基于門限的粗搜索方法+精搜索方法的搜索次數(shù) 要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于窮舉搜索方法。
[0108] 如圖11所示，收發(fā)端天線陣列數(shù)目為Ns=Nd=64,a=4時(shí)，存在直射徑（LOS 徑）和非直射徑（NL0S徑）時(shí)，基于門限的粗搜索方法+精搜索方法的搜索結(jié)果和窮舉方 法的搜索結(jié)果對比，可以發(fā)現(xiàn)兩種方法的搜索結(jié)果完全匹配，但是基于門限的粗搜索方法+ 精搜索方法的搜索次數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于窮舉搜索方法。
[0109] 如圖12所示，為窮舉搜索方法、IEEE802. 15. 3c、IEEE802.llad、LiBin的搜索 方法、無門限+精搜索、以及基于門限+精搜索的時(shí)間復(fù)雜度對比。隨著天線陣列單元數(shù)目 增加，各個(gè)波束搜索方法的時(shí)間復(fù)雜度逐漸增減，從圖中可見，本發(fā)明提出的波束搜索方法 具有最優(yōu)的算法時(shí)間復(fù)雜度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種毫米波通信中的波束捜索方法，基于一種具有層次結(jié)構(gòu)的碼本， 對于陣元數(shù)目為N的均勻線性天線陣列扣LA)WLAN設(shè)備，所述的碼本具有如下特征： (1) 粗碼本總共具有l(wèi)〇g2化1層，其中第k層碼本具有2k-i個(gè)天線權(quán)重向量（AWV); {w也1), W也2), W也3),…，W也2k-i)}; (2) 每層碼本中的全體AWV覆蓋整個(gè)2-D空間； WLAN設(shè)備的指向向量函數(shù)g(N，Q)為；其中，[-]T表示轉(zhuǎn)置操作，Q為信道指向角度，Q=cos((l))，4表示直射路徑與WLAN設(shè) 備的夾角； 第k層碼本的AWV為其中根據(jù)WLAN設(shè)備的指向向量函數(shù)來確定； (3) 第k層碼本中AWV的半功率點(diǎn)波束寬度（HPBW)剛好覆蓋第k+1層碼本中的相鄰兩 個(gè)AWV的冊BW; 其特征在于，設(shè)兩個(gè)WLAN設(shè)備DEV1和DEV2采用設(shè)計(jì)的粗碼本進(jìn)行波束捜索，DEV1和DEV2的ULA的陣元數(shù)分別為N,和Nd，DEV1和DEV2的天線權(quán)重向量分別為W,和Wd; 設(shè)DEVI采用某個(gè)天線權(quán)重向量向DEV2發(fā)送數(shù)據(jù)，DEV2進(jìn)行基于口限的粗碼本波速捜 索過程如下： 初始化；設(shè)層數(shù)序號為k，AWV位置序號為i，口限為K，置信區(qū)間上界和下界分別為n和y;初始設(shè)置k=l，i=l，K=0，n=1.7，y=0. 7; 第一次捜索；DEV2計(jì)算Wd化1)和Wd化2)的接收信噪比丫 21和丫 22,若丫 丫 22， 令口限K= 丫 21且更新AWV位置序號為2i，否則令口限K= 丫 22且更新AWV位置序號為 2i-l;k自增1，繼續(xù)下面循環(huán)捜索； 循環(huán)捜索：執(zhí)行下面（A)~炬）過程log2Nd-l次； (A)DEV2計(jì)算Wd化+1，2U的接收信噪比丫 1，若丫 nK，則更新AWV位置序號為2i， 令K= 丫1;若丫yK，則更新AWV位置序號為2i-l，令k=1.8k;若yK<Yi<nK，DEV2計(jì)算Wd化+l，2i-l)的接收信噪比丫 2,若丫丫 2,則令K= 丫1且更新AWV 位置序號為2i，若丫 1< 丫 2,則令K= 丫 2且更新AWV位置序號為2i-l; 炬)k自增1，繼續(xù)轉(zhuǎn)（A)執(zhí)行； 最后，捜索完畢后，接收信噪比最大的AWVW及對應(yīng)的位置序號，就是最優(yōu)的天線權(quán)重 向量W;及對應(yīng)的索引<。2. 基于權(quán)利要求1所述的毫米波通信中的波束捜索方法，其特征在于，針對需要波束 指向方向的分辨率為2/aN的情況，其中a是碼本細(xì)化系數(shù)，a>1，設(shè)計(jì)精碼本，精碼本 的AWVC(i)表示為；設(shè)DEV1和DEV2采用設(shè)計(jì)的粗碼本進(jìn)行波束捜索時(shí)，分別獲得DEV1和DEV2的最優(yōu) AWVw:，'^，w:，w;對應(yīng)的位置序號分別為<，< ;DEVI和DEV2采用設(shè)計(jì)的精碼本進(jìn)行 波束捜索時(shí)，設(shè)天線權(quán)重向量分別為C,和Cd; 設(shè)DEVI采用天線權(quán)重向量向DEV2發(fā)送訓(xùn)練數(shù)據(jù)，DEV2采用基于折半查找的 精碼本波束捜索方法如下： 初始化：設(shè)置捜索區(qū)間的精碼本AWV索引為虹L，mj1，/"I; =a"; +1 : 捜索；執(zhí)行W下過程l〇g2a次，然后結(jié)束； DEV2計(jì)算精碼本中第化個(gè)和第niK個(gè)AWV的接收信噪比丫許日丫K; 若丫含丫K，更新其中[?]表示取整運(yùn) 算； 最后，捜索完畢后，接收信噪比最大的AWVW及對應(yīng)的位置序號，就是精碼本最優(yōu)AWV<及對應(yīng)的索引<。
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種毫米波通信中的波束搜索方法，基于層次化的粗碼本，以及需求波束分辨率要求更高場合采用精碼本，來進(jìn)行波束搜索。本發(fā)明提供了基于門限的粗碼本波束搜索方法，在搜索時(shí)，設(shè)定門限與置信區(qū)間，在每次搜索中僅需計(jì)算一次接收SNR，且符合要求的接收SNR將刷新搜索門限，用于下一次搜索，并且基于粗搜索，實(shí)現(xiàn)基于折半查找的精碼本波束搜索。本發(fā)明基于門限的粗碼本波束搜索，與無門限的粗搜索相比，減少了一半的搜索復(fù)雜度，提高了碼本搜索效率，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有更低的波束搜索時(shí)間復(fù)雜度。
【IPC分類】H04B7/06, H04B7/04
【公開號】CN104935366
【申請?zhí)枴緾N201510190752
【發(fā)明人】肖振宇, 白琳, 賀同
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年4月21日