[发明专利]一种基于短码长信息论的非自适应性波束对准方法

说明书

本发明涉及一种基于短码长信息论的非自适应性波束对准方法，属于波束成形技术领域，包括以下步骤：S1：把接收端及通过其接收到的导频信号抽象成球状模型；S2：确定波束搜索的分辨率和搜索次数N，生成波束搜索码本C；S3：生成每次波束搜索使用的码字csubgt;(i,·)/subgt;，得到码本矩阵G；S4：构造校验矩阵H，分别对生成的部分码本矩阵G中的每一列编码，得到码本矩阵C；S5：接收端对波束搜索进行标记，得到发射端方向角度的带噪方向序列x；S6：接收端根据校验矩阵H对x进行译码，得到去噪方向序列y；S7：将y与码本C的每一列比较，得到差异最小的一列所对应的码字位，进而得到该码字位对应的波束指向的角度。

技术领域

本发明属于波束成形技术领域，涉及一种基于短码长信息论的非自适应性波束对准方法。

背景技术

目前，实现波束对准主要有两种方式，一种是基于信道估计，另一种基于波束搜索。众所周知，5G毫米波大规模MIMO系统中的信道十分复杂，采用传统的信道估计方法进行波束对准开销过大，难以在系统中实现。因此在5G毫米波大规模MIMO系统中主要采用基于波束搜索的波束对准方法。其中，精度最高的波束对准方法是穷举搜索算法，它通过遍历发射端与接收端之间的所有波束来确定最佳的波束方向，但该算法计算复杂度很高。目前提出的各种改进的波束对准方法主要分成两种：一种是自适应性波束对准方法，另一种是非自适应性波束对准方法。自适应波束性对准方法可根据之前波束搜索的结果，动态调整下一次的波束搜索码本，最终收敛到最佳的波束方向。虽然这种方法的精度较高，但其计算复杂度高，需要的运算资源和时间资源较多，不利于硬件系统的实现。非自适应性波束对准方法在发射端预先做了一些诸如角度、宽度等波束属性的波束搜索码本设定，发射端根据码本找到最相符的波束即为最佳波束方向。这种方法的计算复杂度低，速度快，易于硬件系统实现。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于LDPC码的非自适应性波束对准方法，在保持运算资源开销和时间资源开销小这一非自适应性波束对准方法固有优点的同时，使算法精度接近自适应性波束对准方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于短码长信息论的非自适应性波束对准方法，包括以下步骤：

S1：把接收端及通过其接收到的导频信号抽象成球状模型，使立体空间内的导频信号投影在水平面和垂直面；

S2：确定波束搜索的分辨率和搜索次数N，其中M为接收端波束搜索码本的码字长度，N为接收端波束搜索码本的码字数量；每个码字产生的波束的主瓣覆盖范围和波束模式相同，每个码字位产生的波束指向的角度不同但角度间隔相同，得到所有码字，从而生成波束搜索码本C；

S3：生成每次波束搜索使用的码字c_(i,·)，得到部分码本矩阵G；

S4：使用PEG-QC算法构造校验矩阵H，分别对生成的部分码本矩阵G中的每一列进行编码，得到完整的大小为N×M的码本矩阵C；

S5：接收端在根据码本C顺序进行N次波束搜索时，若发射端在本次波束搜索的波束覆盖范围内，则接收端将此次波束搜索标记为“1”，否则标记为“0”，从而使接收端得到发射端方向角度的长度为N的带噪方向序列x；

S6：接收端根据校验矩阵H，使用译码算法对带噪方向序列x进行译码，得到去噪方向序列y；

S7：将得到的去噪方向序列y与码本C的每一列比较，得到差异最小的一列所对应的码字位，进而得到该码字位对应的波束指向的角度，最终完成波束对准。

进一步，所述步骤S3中，c_(i,j)＝1表示第i次波束搜索会判断波束是否在范围内，反之本次波束搜索不会判断；

令N′＝log₂M，则部分本矩阵G如下：