[发明专利]一种低分辨率APSs分层码本设计及搜索方法

说明书

一种低分辨率APSs分层码本设计及搜索方法，属于无线通信技术领域，处理步骤：分辨率为k比特，S1：将码本有效天线数M设为2^k+i‑1，其中i表示码本的层数，通过2^k+i‑1相位码本构造方法设计第i层过渡码本G_i，对G_i进行归一化处理，可得第i层码本B_i；S2：得到过渡码本G_i后，令对G_i进行扩充，得到第层过渡码本对进行归一化处理可得第层码本再令此时码本有效天线数M为2^k+i‑1；S3：重复操作S2设计余下各层码本，直至码本有效天线数M等于通信设备配置的天线数N，最终构成分层码本B；S4：通过二叉树搜索寻找最优码字。本发明通过逐层搜索，减小的不必要的搜索空间，极大降低了寻找最优码字的搜索复杂度。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种低分辨率APSs分层码本设计及搜索方法。

背景技术

与第四代移动通信系统(4^th Generation，4G)相比，第五代移动通信系统(5^thGeneration，5G)的提升是全方位的。按照第三代合作伙伴计划(3^th GenerationPartnership Project，3GPP)的定义，5G具备高性能、低延迟与高容量的特性。5G的增强型移动宽带场景(Enhance Mobile Broadband,eMBB)主要提供3D/超高清视频等大流量移动宽带业务，这就需要数据传输速率达到Gbps的量级；同时在海量大连接场景(MassiveMachine Type ofCommunication，mMTC)中，大规模物联网(Internet ofThings，IOT)业务将会导致接入到无线网络上的设备数量呈现爆炸式增长，频谱资源短缺的问题日益突出。毫米波信号频率高，可以提供丰富的频谱资源，以28GHz频段为例，其可用频谱带宽达到了1GHz，而60GHz频段的可用频谱带宽为2GHz，这从根本上解决了频谱资源短缺的问题。然而，毫米波最大的缺点是穿透性差、路径损耗大，因此在室外进行毫米波通信并不容易。幸运的是，毫米波波长短，相应的天线尺寸小，这就意味着可以通过部署大规模多输入多输出(MIMO)系统提供巨大的阵列增益，以抵消毫米波信号严重的路径损耗。所以毫米波和大规模MIMO技术的结合是实现5G商用的关键。

毫米波大规模MIMO技术联合预编码技术，可以进一步提高毫米波系统的频谱效率。在传统的低频系统中，发送信号的预处理通常在基带进行，基带预编码需要给每根天线单独配置射频(Radio Frequency，RF)链。由于低频系统天线数量很少，RF链个数相对较少，因此其功耗和成本对整个系统来说是可接受的。但在毫米波大规模MIMO系统中，由于天线数量的激增，如果沿用传统的基带预编码设计方案，将会导致功耗过高，同时使得硬件成本难以接受。为此，在毫米波大规模MIMO系统中，考虑采用混合预编码架构。混合预编码架构将预编码处理分成数字基带预编码和由模拟移相器(Analog Phase Shifters，APSs)构成的模拟预编码两部分。该方案只需少量RF链，从而解决了传统全数字基带预编码方案的高成本和高功耗问题。

相比于混合预编码中的数字部分，由于恒模约束，模拟预编码的设计更具挑战。为了有效设计模拟预编码矩阵，一种可行的方案是首先设计模拟预编码码本，进而通过最大化接收功率为准则在码本中寻找最优码字。基于有限反馈算法采用波束导向码本构造模拟预编码码本，接着在码本中进行穷举搜索寻找最优码字。为了降低增益损失，码本中码字数量需要大于等于天线数。由于大规模MIMO系统中天线规模庞大，相应的码本中码字数量很多，则在码本中进行穷举搜索的复杂度很高。DEACT码本虽然给出了一种分层码本结构，降低了寻找最优码字的搜索复杂度，但是需要使用高分辨率APSs，没有考虑在实际的通信场景中，APSs分辨率有限的现实问题。综上所述，为了降低寻找最优码字的搜索复杂度，同时考虑APSs分辨率有限问题，设计低分辨率APSs分层码本显得尤为重要。

发明内容