[发明专利]等功率约束下大规模天线训练码本的设计方法及训练方法

权利要求书

1.等功率约束下大规模天线训练码本的训练方法，其特征是在采用模拟阵列结构下的点对点大规模天线系统中，在等功率约束下设计多分辨率码本，再根据所设计多分辨率码本进行训练，其中，天线系统收发两侧均配置有N个均匀线性半波长天线阵列，设计多分辨率码本包括以下步骤1）-6）：

1）根据均匀线性阵列规模确定多分辨率码本的层数为S=log₂N，其中N为2 的整数次幂，码本用一个（S+1）×2^S×N的三维矩阵存储；

2）从第1层开始到第S层逐层生多分辨率码本，第s 层码本有I_s=2^s个码字，第s层第i个码字为，s=1，2，…，S；

3）第s 层每个码字相应的波束带宽为，第s层需要的虚拟子阵列数为，其中⌈ ⌉为向上取整，Δs = S–s，相邻子波束的角间距为；

4）第s层第1个码字构造通过个子波束经过波束增益相位补偿系数调整后合成得到，具体如下：

为子阵列天线数，为第m个子波束的中心角，，

，为矩阵转置，为子波束相位补偿系数，；

5）第s层第i个码字构造通过第s层第1个码字旋转相位获得：

，符号为hadamard积，即逐点相乘；

6）发送端和接收端采用同样的构造步骤1）~5）产生接收端码本和发送端码本；

由上述步骤得到码本后，采用波束切换扫描方式进行波束成形训练，通过如下步骤7）-9）层次化搜索码本，得到波束对齐后的最高层码本上的收发配对码字：

7）波束对齐从码本的初始搜索层开始，直至最高层，以获得精确的波束对齐；波束对齐算法包括发送端层次化搜索和接收端层次化搜索；

8）在发送端层次化波束搜索阶段，接收端采用第0层码本的唯一码字W(0,1)配置移相器以全向合并波束，而发送端从初始搜索层开始到码本最高层S逐层进行层次化搜索，对于第s级的层次化搜索，发送端在连续的两个时隙内分别用前一级波束搜索获得的最优码字的两个子码字和形成定向波束，即两个备选发送波束，接收端通过比较这两个备选发送波束对应的接收信号，选取接收功率较大时的码字序号作为反馈信号反馈给发送端，按上述方法对发送端的码本搜索直到最高层，得到最优发射码字；

9）在接收端层次化波束搜索阶段，发送端用已经获得的最优码字形成定向波束，而接收端也采用发送端层次化波束搜索的方法进行波束搜索，得到接收端码本的最优接收码字；

其中，根据不同的传输信噪比自适应地选择进行初始级波束训练所应在的码本层号，即自适应地选择初始搜索层，具体为：

自适应波束训练算法：根据码本设计方法，高层的码字形成的波束增益总是高于底层码字，层次化波束搜索中，初始搜索层根据接收信噪比进行自适应选择，设波束训练所需接收信噪比最低门限为，那么初始训练层的选择满足，其中是层码字的波束增益，是全向波束发射时的接收信噪比。