一种波束训练方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种波束训练方法，应用于用户终端，该方法包括：接收基站发送的波束训练导频；其中，所述波束训练导频对应的发送探测波束的天线权重矢量AWV是所述用户终端已知的；根据对所述波束训练导频的接收估计不同探测波束下的信道响应，从时域分辨接收最佳的关键路径，根据分辨出的关键路径从预设的定向传输码本中确定出最佳定向发射波束和最佳定向接收波束组合；向基站反馈所述最佳定向发射波束的信息。本发明专利技术能够提高波束训练效率，降低波束训练开销。

【技术实现步骤摘要】
一种波束训练方法和装置
本专利技术涉及通信
，尤其涉及的是一种波束训练方法和装置。
技术介绍
为了实现信道容量的大幅度增加，LTE/LTE-Advanced从频域、时域以及空域三个维度提出了诸多技术策略来优化3GPP无线接入。在LTE/LTE-Advanced标准的持续演进中，3GPP无线接入得以支撑无线数据业务的快速增长。在诸多技术点中，增加带宽是一种有效而直接的提升链路容量的方法。特别是，波束聚合技术使得LTE-Advanced最多可用高达100MHz的带宽以满足这一容量需求。但是，随着容量需求的指数级增加，工业界和学术界在未来5G移动通讯使用更宽带宽(超过100MHz)达成广泛共识。但是，低频段的频带非常拥塞而且极为紧张，人们将目光投入到了大于6GHz的高频带通信(例如毫米波通信)。高频带在带来大带宽的同时，通信的链路损耗也快速增加。例如，60GHz通信的自由空间损耗比2.4GHz损耗高出28dB。在这种情况下，高频带通信需要使用天线阵列和波束训练技术来实现波束对准和获得足够的链路增益。在高频带5G移动通信或毫米波通信场景中，单输入单输出(SISO)+波束赋型(Beamforming)模式是一种重要系统架构，具有复杂度低、便于实现等优点。在现有的60-GHz毫米波系统(例如IEEE802.11ad、802.15.3c)中，该SISO-Beamforming模式已被广泛应用。具体而言，如图1所示，SISO-Beamforming收发机组中，接收机和发送机的天线阵列分别有nr和nt个天线单元，这些天线单元拥有相同的发射功率，并且能够对射频(RF)信号进行移相。收发机的天线单元连接着单个模拟RF链路。在发送端，单个数据流从多个权重天线单元发送；在接收端，来自多个天线单元的信号加权并汇合成单信号流，如图1所示。在给定AWV(AntennaWeightingVector，天线权重矢量)码本的情况下，波束训练的目标就是从所有可控的波束组合中分辨出最优波束组合，形成定向通信链路。在高频带5G移动通信或毫米波通信中，基站在每次波束训练的过程中将尝试训练多个用户(UE)。例如，如图2所示，基站需要分别训练UE-a、UE-b和UE-c，并找到各UE对应的最优波束组合用于构建传输链路。其中，路径Patha、Pathb和Pathc分别表示UE-a、UE-b和UE-c对应的最强物理路径。基站与UE-a、UE-b和UE-c之间分别进行波束训练的目的是分别分辨出Patha、Pathb和Pathc对应的波束组合。Patha对应的波束组合构成基站与UE-a之间的数据传输链路，Pathb对应的波束组合构成基站与UE-b之间的数据传输链路，Pathc对应的波束组合构成基站与UE-c之间的数据传输链路。各UE之间的波束训练过程互不相关。相关技术中，基站与多个终端之间进行波束训练，首先，基站扫描所有的发射波束，各个UE使用全向天线接收并分别选择获得最优信道质量的基站发射波束序号；然后，各个UE将各自所选发射波束的序号反馈给基站；基站根据UE反馈的发射波束序号依次向各个UE发射相应的波束，各个UE分时对基站发送给自己的定向波束进行接收扫描，然后确定自己的最优接收波束。由于基站需要根据各UE的反馈分时与多个UE分别进行波束训练，因此，随着UE数目的增加，波束训练导频花销会急剧升高，进而降低频谱利用率，影响了系统吞吐率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种波束训练方法和装置，能够提高波束训练效率，降低波束训练开销。本专利技术提供了一种波束训练方法，应用于用户终端，该方法包括：接收基站发送的波束训练导频；其中，所述波束训练导频对应的发送探测波束的天线权重矢量AWV是所述用户终端已知的；根据对所述波束训练导频的接收估计不同探测波束下的信道响应，从时域分辨接收最佳的关键路径，根据分辨出的关键路径从预设的定向传输码本中确定出最佳定向发射波束和最佳定向接收波束组合；向基站反馈所述最佳定向发射波束的信息。可选地，所述根据对所述波束训练导频的接收估计不同探测波束下的信道响应，包括：根据接收到的波束训练导频，利用信道估计算法估计各个探测波束AWV组合下的信道响应估计矩阵其中，信道响应估计矩阵L表示信道最大时延扩展，m表示基站发送波束训练导频的次数。可选地，所述从时域分辨接收最佳的关键路径，包括：从信道响应矩阵的行向量中，选择具有最大能量的行向量作为关键路径，所述关键路径对应的相对时延ω是：其中，所述argmax函数表示以为变量来寻找具有最大值的并输出其对应的变量是列向量的2范数，表示的信号能量；表示相对时延为的路径对应的m次信道响应估计构成的列向量，是信道响应估计矩阵的第行的转置；m表示基站发送波束训练导频的次数。可选地，所述根据分辨出的关键路径从预设的定向传输码本中确定出最佳定向发射波束和最佳定向接收波束组合，包括：根据最大似然准则，最佳定向发射波束和最佳定向接收波束组合表示如下：其中，所述argmin函数表示以χ为变量寻找具有最小值的表示2范数的平方，Θχ表示探测矩阵Θ的第χ列向量；其中，所述argmax函数表示以χ为变量寻找具有最大值的|·|表示绝对值；其中，探测矩阵是已知的，Θ的第i行为列向量是预设的定向接收码本，nr表示接收端天线单元数，Kr表示预设的定向接收码本指定的定向波束数；是预设的定向发送码本，nt表示发送端天线单元数，Kt表示预设的定向发送码本指定的定向波束数；“u”表示探测波束AWV，ur，i表示第i个接收探测波束AWV，ut，i表示第i个发送探测波束AWV，vec()函数表示矩阵的列向量化。可选地，所述最佳定向发射波束和最佳定向接收波束组合中包括：最佳定向发射波束序号和最佳定向接收波束序号；其中，是下取整符号；其中，所述最佳定向发射波束序号是所述最佳定向发射波束的AWV在预设的定向发送码本中的序号，所述最佳定向接收波束序号是所述最佳定向接收波束的AWV在预设的定向接收码本中的序号。可选地，接收基站发送的波束训练导频，包括：接收m次波束训练导频，每一次波束训练导频对应的发送探测波束的AWV不同，每一次波束训练导频对应的接收探测波束的AWV也不同；m大于或等于1；其中，所述波束训练导频对应的发送探测波束的AWV，与数据传输阶段所述预设的定向传输码本确定的定向发送波束的AWV不同；所述波束训练导频对应的接收探测波束的AWV，与数据传输阶段所述预设的定向传输码本确定的定向接收波束的AWV不同。可选地，所述波束训练导频对应的发送探测波束、接收探测波束均具有以下至少一个特性：a)非显著方向性；b)独立性。可选地，所述波束训练导频对应的发送探测波束和接收探测波束的AWV均由±1伯努利随机分布函数生成。本专利技术还提供了一种波束训练方法，应用于基站，该方法包括：向用户终端发送波束训练导频；其中，所述波束训练导频对应的发送探测波束的天线权重矢量AWV是所述用户终端已知的；接收所述用户终端反馈的所述用户终端从预设的定向传输码本中确定出的最佳定向发射波束的信息。可选地，所述波束训练导频对应的发送探测波束具有以下至少一个特性：a)非显著方向性；b)独立性。可选地，所述波束训练导频对应的发送探测波束的AWV由±1伯努利随机分布函数生成。可选地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波束训练方法，应用于用户终端，该方法包括：接收基站发送的波束训练导频；其中，所述波束训练导频对应的发送探测波束的天线权重矢量AWV是所述用户终端已知的；根据对所述波束训练导频的接收估计不同探测波束下的信道响应，从时域分辨接收最佳的关键路径，根据分辨出的关键路径从预设的定向传输码本中确定出最佳定向发射波束和最佳定向接收波束组合；向基站反馈所述最佳定向发射波束的信息。

【技术特征摘要】
1.一种波束训练方法，应用于用户终端，该方法包括：接收基站发送的波束训练导频；其中，所述波束训练导频对应的发送探测波束的天线权重矢量AWV是所述用户终端已知的；根据对所述波束训练导频的接收估计不同探测波束下的信道响应，从时域分辨接收最佳的关键路径，根据分辨出的关键路径从预设的定向传输码本中确定出最佳定向发射波束和最佳定向接收波束组合；向基站反馈所述最佳定向发射波束的信息。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述根据对所述波束训练导频的接收估计不同探测波束下的信道响应，包括：根据接收到的波束训练导频，利用信道估计算法估计各个探测波束AWV组合下的信道响应估计矩阵其中，信道响应估计矩阵L表示信道最大时延扩展，m表示基站发送波束训练导频的次数。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述从时域分辨接收最佳的关键路径，包括：从信道响应矩阵的行向量中，选择具有最大能量的行向量作为关键路径，所述关键路径对应的相对时延ω是：其中，所述argmax函数表示以l为变量来寻找具有最大值的并输出其对应的变量l；是列向量的2范数，表示的信号能量；表示相对时延为l的路径对应的m次信道响应估计构成的列向量，是信道响应估计矩阵的第l行的转置；m表示基站发送波束训练导频的次数。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述根据分辨出的关键路径从预设的定向传输码本中确定出最佳定向发射波束和最佳定向接收波束组合，包括：根据最大似然准则，最佳定向发射波束和最佳定向接收波束组合表示如下：其中，所述argmin函数表示以χ为变量寻找具有最小值的表示2范数的平方，Θχ表示探测矩阵Θ的第χ列向量；其中，所述argmax函数表示以χ为变量寻找具有最大值的|·|表示绝对值；其中，探测矩阵是已知的，Θ的第i行为列向量是预设的定向接收码本，nr表示接收端天线单元数，Kr表示预设的定向接收码本指定的定向波束数；是预设的定向发送码本，nt表示发送端天线单元数，Kt表示预设的定向发送码本指定的定向波束数；“u”表示探测波束AWV，ur，i表示第i个接收探测波束AWV，ut，i表示第i个发送探测波束AWV，vec()函数表示矩阵的列向量化。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述最佳定向发射波束和最佳定向接收波束组合中包括：最佳定向发射波束序号和最佳定向接收波束序号；其中，是下取整符号；其中，所述最佳定向发射波束序号是所述最佳定向发射波束的AWV在预设的定向发送码本中的序号，所述最佳定向接收波束序号是所述最佳定向接收波束的AWV在预设的定向接收码本中的序号。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：接收基站发送的波束训练导频，包括：接收m次波束训练导频，每一次波束训练导频对应的发送探测波束的AWV不同，每一次波束训练导频对应的接收探测波束的AWV也不同；m大于或等于1；其中，所述波束训练导频对应的发送探测波束的AWV，与数据传输阶段所述预设的定向传输码本确定的定向发送波束的AWV不同；所述波束训练导频对应的接收探测波束的AWV，与数据传输阶段所述预设的定向传输码本确定的定向接收波束的AWV不同。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述波束训练导频对应的发送探测波束、接收探测波束均具有以下至少一个特性：a)非显著方向性；b)独立性。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述波束训练导频对应的发送探测波束和接收探测波束的AWV均由±1伯努利随机分布函数生成。9.一种波束训练方法，应用于基站，该方法包括：向用户终端发送波束训练导频；其中，所述波束训练导频对应的发送探测波束的天线权重矢量AWV是所述用户终端已知的；接收所述用户终端反馈的所述用户终端从预设的定向传输码本中确定出的最佳定向发射波束的信息。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述波束训练导频对应的发送探测波束具有以下至少一个特性：a)非显著方向性；b)独立性。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述波束训练导频对应的发送探测波束的AWV由±1伯努利随机分布函数生成。12.如权利要求10所述的方法，其特征在于：向用户终端发送波束训练导频，包括：向用户终端发送m次波束训练导频，每一次波束训练导频对应的发送探测波束的AWV不同；m大于或等于1；其中，所述波束训练导频对应的发送探测波束的AWV，与数据传输阶段所述预设的定向传输码本确定的定向发送波束的AWV不同。13.如权利要求9所述的方法，其特征在于：向用户终端发送波束训练导频，包括：向多个用户终端广播波束训练导频。14.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述最佳定向发射波束的信息是所述最佳定向发射波束的AWV在预设的定向传输码本中的序号；其中，所述预设的定向传输码本是基站在传输阶段使用的码本。15.一种波束训练装置，应用于用户终端，包括：导频接收模块，用于接收基站发送的波束训练导频；其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：高波，袁弋非，王欣晖，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44