高频异构网络中基于波束选择和基站切换的中断处理方法技术

本发明专利技术提供了一种高频异构网络中基于波束选择和基站切换的中断处理方法，包括：初始化，用户选择距离最近的小小区基站作为当前的服务基站；根据最邻近原则确定当前服务基站的邻近基站集作为可选的备用基站；对用户和当前服务基站进行波束训练确定当前波束对和备用波束对集；判断当前通信链路是否发生中断；如果即将发生中断，进行中断处理。判断切换备用波束对后通信链路是否恢复；如果通信链路未恢复，继续切换下一对备用波束对；如果切换所有的备用波束对后通信链路仍未恢复，那么切换到下一个备用基站，并重新进行波束训练。本发明专利技术能够处理可能出现的由行人或车辆的遮挡效应引起的链路中断，有效降低中断概率，保证链路通信质量。

Interruption processing based on beam selection and base station switching in high frequency heterogeneous networks

The present invention provides a method including interrupt handling, beam selection and switching station based on a high frequency in heterogeneous networks: initialization, user selection of the distance small cell base station nearest service station as the current; according to the principle of determining the neighboring base station adjacent to the current serving base station set as the backup base station optional; to the user and the current service station beam beam to determine the current training and standby to judge whether the current beam set; communication link interruption; if the pending interrupt, interrupt processing. The judgment of the switching of standby beam communication link is returned; if the communication link is not restored, to switch to the next on standby to beam; if the communication link has not been restored to standby after beam switching all, then switch to the standby station next, and re beam training. The present invention can deal with the possible link interruption caused by the occlusion effect of pedestrians or vehicles, effectively reduce the interruption probability and ensure the link communication quality.

【技术实现步骤摘要】
高频异构网络中基于波束选择和基站切换的中断处理方法
本专利技术涉及5G无线通信
，具体地，涉及一种高频异构网络中基于波束选择和基站切换的中断处理方法。
技术介绍
随着移动数据业务的极速发展，日益增加的用户容量需求和日渐短缺的网络频谱资源之间的矛盾越来越突出。有限的无线频谱资源是目前无线通信技术发展遇到的一个瓶颈，并且已经成为了5G通信技术研究中的关键性问题。另一方面，由于在更高频段的毫米波段(30～300GHz)还存在巨大的带宽，毫米波通信在5G移动通信中的应用越来越被关注。与现有的移动通信技术相比，毫米波通信具有更高的载波频率，在传输时会产生很大的路径损耗。为了弥补这种巨大的路径损耗，需要在其发射和接收装置处配备大规模的小波长电子扫描天线阵列，通过控制每个天线单元的相位可以使天线阵列向任意方向发射波束，并在该方向获得比较高的增益，而在其他的方向只会产生很小的增益。在通信时需要使发射端和接收端的波束方向指向彼此，目的在于获得最佳信道增益。所以通常在通信链路建立前，发射端和接收端必须调整天线来搜索最佳的波束配对，这一过程称为波束训练。但是也由于毫米波的波长短，使得它对障碍物(例如行人或车辆)的遮挡十分敏感。如果考虑障碍物的移动性，那么毫米波链路将会是间歇性的，可能会出现链路中断的情况。能够在高频段宏小区基站和多个小小区基站共存的异构网络中有效地处理毫米波链路可能产生的中断，这对保障用户的通信质量非常关键。现有的技术中公开了S.Rajagopal,S.Abu-Surra,andM.Malmirchegini的文献“Channelfeasibilityforoutdoornon-line-of-sightmmWavemobilecommunication(室外非视距毫米波通信的信道可行性),”IEEEVTC-Fall,pp.1-6,2012，研究了在高频段下利用反射体反射信号建立通信链路的可行性。B.Gao,Z.Xiao,C.Zhang,L.Su,D.Jin,andL.Zeng的文献“Double-linkbeamtrackingagainsthumanblockageanddevicemobilityfor60-GHzWLAN(60GHz无限局域网中处理人为障碍和设备移动的双链路波束追踪方法),”IEEEWCNC,pp.323-328,2014，介绍了采用备用链路来应对链路中断的方法，但是作者只选取了一条备用链路，而且也没有考虑切换服务基站的问题。这样做可能在网络环境比较复杂时并不能够获得很好的效果，也不能利用异构网络中多个小小区基站存在的特点。综上所述，现有的对抗障碍物遮挡产生中断的方案应用在5G高频段异构网络中是存在一定的缺陷的，需要一种更加合理的中断处理方案。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种高频异构网络中基于波束选择和基站切换的中断处理方法。根据本专利技术提供的高频异构网络中基于波束选择和基站切换的中断处理方法，包括如下步骤：步骤1：初始化，用户选择距离最近的小小区基站BS0作为当前的服务基站；步骤2：确定当前服务基站的邻近基站集作为备用基站，所述邻近基站集记为S＝{BSi}，i＝1,...,M，BSi表示第i个邻近基站，M表示邻近基站的总数；步骤3：对用户和当前服务基站进行波束训练，确定当前波束对和备用波束对集，其中表示用户当前波束，表示服务基站当前波束；所述备用波束对集记为T，表示第j个波束对，其中表示用户第j个波束，表示服务基站第j个波束，N表示备用波束对的总数；步骤4：判断当前通信链路是否发生中断，若发生中断则执行步骤5，如果未发生中断则结束流程；步骤5：切换至备用波束对集中的任意一个未使用过的备用波束对，执行步骤6；若备用波束对集中所有备用波束对均被使用，则从邻近基站集中任选一个未使用过的备用基站作为当前服务基站并返回执行步骤3；步骤6判断切换备用波束对后的通信链路是否恢复，若恢复则返回执行步骤4，若未恢复，则执行步骤5。优选地，步骤1中用户选择距离最近的小小区基站BS0作为当前的服务基站，且在初始化过程中，网络中用户和小区基站之间的通信链路的建立均受宏小区基站控制。优选地，所述步骤3包括：设置用户天线和当前服务基站天线的波束方向，用户天线产生的不同方向的波束集合记为BUE，当前服务基站天线产生的不同方向的波束集合记为BBS，对于波束集BUE中任意一个波束bUE，在波束集BBS中选择一个波束bBS进行配对，组成一个波束对(bUE,bBS)；具体地，通过宏小区基站将用户和当前服务基站调整至最佳的波束对方向，即用户和当前服务基站的波束处于对齐状态；在用户和当前服务基站处储存当前最佳的波束对并建立通信链路；获得用户和当前服务基站的备用波束对，在波束集BUE中去除波束以及与波束主瓣有重合的波束，从当前服务基站BS0的波束集BBS中去除波束以及与波束主瓣有重合的波束；用户和当前服务基站BS0分别从更新后的波束集BUE、BBS中选择波束配对，记录使得用户处的接收功率最大的波束对，保存在备用波束对集中。优选地，所述步骤4中判断当前通信链路是否发生中断的准则为：γ＜γmin其中γ表示用户的信干噪比，γmin表示最小SINR阈值，其中信干噪比γ的表达式如下：式中：Pi,j表示第i个小小区基站到用户的发射功率，Gi,j表示第i个小小区基站的天线增益，gi,j表示第i个小小区基站到用户的信道增益，P0,j表示当前服务小小区基站到用户的发射功率，G0,j表示当前服务小小区基站的天线增益，g0,j为表示前服务小小区基站到用户的信道增益，σ2表示加性高斯白噪声。优选地，所述步骤5包括：用户向宏小区基站发出请求，保持当前服务基站不变，宏小区基站收到请求后，指示用户和当前服务基站将通信采用的波束对切换到备用波束对。优选地，所述步骤6中判断切换备用波束对后通信链路是否恢复的准则为：γ切换后＞γmin其中，γ切换后表示用户切换到备用波束对后的信干噪比，如果切换后用户的信干噪比高于最小SINR阈值时，链路恢复；否则，认为链路仍中断。优选地，所述步骤5中如果切换所有的备用波束对后通信链路仍未恢复，表示此时切换到备用波束对是不可行，则用户再次向宏小区基站发出请求，将当前服务基站切换为未使用过的备用基站，宏小区基站收到请求后，指示用户和备用基站之间建立通信链路，返回执行步骤3。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术在高频段信道下宏小区基站，多小区基站共存的异构网络模型中，能够处理可能出现的由行人或车辆的遮挡效应引起的链路中断，相对于传统的方法，本方法能够有效降低中断概率，保证链路通信质量。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术中方法的流程图。图2为用户初始化，并选取备用基站集和波束训练的情景示意图。图3是通信链路发生中断时用户切换到备用波束对恢复链路通信的情景示意图。图4是用户从发生中断到切换到备用波束对恢复通信链路的过程中SINR的变化曲线示意图。图5是同样是用户初始化，并选取备用基站集和波束训练的情景示意图。图6是通信链路发生中断时用户切换到第一条备用波束对时链路仍然中断的情景示意图。图7是通信链路发生中断本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频异构网络中基于波束选择和基站切换的中断处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：初始化，用户选择距离最近的小小区基站BS

【技术特征摘要】
1.一种高频异构网络中基于波束选择和基站切换的中断处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：初始化，用户选择距离最近的小小区基站BS0作为当前的服务基站；步骤2：确定当前服务基站的邻近基站集作为备用基站，所述邻近基站集记为S＝{BSi}，i＝1,...,M，BSi表示第i个邻近基站，M表示邻近基站的总数；步骤3：对用户和当前服务基站进行波束训练，确定当前波束对和备用波束对集，其中表示用户当前波束，表示服务基站当前波束；所述备用波束对集记为T，表示第j个波束对，其中表示用户第j个波束，表示服务基站第j个波束，N表示备用波束对的总数；步骤4：判断当前通信链路是否发生中断，若发生中断则执行步骤5，如果未发生中断则结束流程；步骤5：切换至备用波束对集中的任意一个未使用过的备用波束对，执行步骤6；若备用波束对集中所有备用波束对均被使用，则从邻近基站集中任选一个未使用过的备用基站作为当前服务基站并返回执行步骤3；步骤6判断切换备用波束对后的通信链路是否恢复，若恢复则返回执行步骤4，若未恢复，则执行步骤5。2.根据权利要求1所述的高频异构网络中基于波束选择和基站切换的中断处理方法，其特征在于，步骤1中用户选择距离最近的小小区基站BS0作为当前的服务基站，且在初始化过程中，网络中用户和小区基站之间的通信链路的建立均受宏小区基站控制。3.根据权利要求1所述的高频异构网络中基于波束选择和基站切换的中断处理方法，其特征在于，所述步骤3包括：设置用户天线和当前服务基站天线的波束方向，用户天线产生的不同方向的波束集合记为BUE，当前服务基站天线产生的不同方向的波束集合记为BBS，对于波束集BUE中任意一个波束bUE，在波束集BBS中选择一个波束bBS进行配对，组成一个波束对(bUE,bBS)；具体地，通过宏小区基站将用户和当前服务基站调整至最佳的波束对方向，即用户和当前服务基站的波束处于对齐状态；在用户和当前服务基站处储存当前最佳的波束对并建立通信链路；获得用户和当前服务基站的备用波束对，在波束集BUE中去除波束以及与波束主瓣有重合的波束，从当前服务基站BS0的波束...

【专利技术属性】
技术研发人员：左博群，蒋铃鸽，何晨，沈宇翔，丁建峰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31