一种波束赋形方向的搜索方法和基站技术

本申请公开了一种波束赋形方向的搜索方法，基站在选定的N1个初始发射波束方向上，使用单天线端口依次向终端发送单一波束；并在选定的N2个初始接收波束方向上，通过单天线端口依次接收终端的反馈，确定初始最优发射波束方向和初始最优接收波束方向；基站在初始最优发射波束方向上，选择N3个子方向，并采用至少两个天线端口发送至少两个波束，其中，所述两个波束之间具有相关性；基站在初始最优接收波束方向上，选择N4个子方向，依次接收终端的反馈，确定基站的最优发射波束方向和最优接收波束方向；N1、N2、N3和N4为正整数。本申请还公开了一种基站设备。应用本申请，能够提高5G通信系统中波束赋形方向搜索的性能和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种波束赋形方向的搜索方法和基站
本申请涉及无线通信
，尤其涉及一种波束赋形方向的搜索方法和基站。
技术介绍
随着信息产业的快速发展，特别是来自移动互联网和物联网(IoT,internetofthings)的增长需求，给未来移动通信技术带来前所未有的挑战。如根据国际电信联盟(ITU)的报告ITU-RM.[IMT.BEYOND2020.TRAFFIC]，可以预计到2020年，移动业务量相对2010年(4G时代)将增长近1000倍，用户设备连接数也将超过170亿，随着海量的IoT设备逐渐渗透到移动通信网络，连接设备数将更加惊人。为了应对这前所未有的挑战，通信产业界和学术界已经展开了广泛的第五代移动通信技术研究(5G)，面向2020年代。目前在ITU的报告ITU-RM.[IMT.VISION]中已经在讨论未来5G的框架和整体目标，其中对5G的需求展望、应用场景和各项重要性能指标做了详细说明。针对5G中的新需求，ITU的报告ITU-RM.[IMT.FUTURETECHNOLOGYTRENDS]提供了针对5G的技术趋势相关的信息，旨在解决系统吞吐量显著提升、用户体验一致性、扩展性以支持IoT、时延、能效、成本、网络灵活性、新兴业务的支持和灵活的频谱利用等显著问题。毫米波通信是5G可能的一项关键技术。通过提高载波频率到毫米波频段，可用带宽将大大增加，因此能够极大的提高系统的传输速率。为对抗毫米波波段无线信道中高衰落、高损耗等特性，毫米波通信系统一般采用波束赋形(Beamforming)技术，即通过使用加权因子，将波束能量集中于某一方向。进行无线通信时，基站与用户通过单端口轮询等穷举方式搜索出最优的波束对，从而最大化基站侧和用户侧的接收信噪比。该方案虽然能够得到最优的窄波束对，但是会导致搜索的时间较长。另一方面，虽然可以通过在多端口发送差分波束等方向相关波束的方式进行快速的方向搜索，但是系统的覆盖能力也会被削弱。
技术实现思路
本申请提供了一种波束赋形方向的搜索方法和基站，以提高5G通信系统中波束赋形方向搜索的性能和效率。本申请公开了一种波束赋形方向的搜索方法，包括：基站在选定的N1个初始发射波束方向上，使用单天线端口依次向终端发送单一波束；基站在选定的N2个初始接收波束方向上，通过单天线端口依次接收终端的反馈，确定基站的初始最优发射波束方向和初始最优接收波束方向；基站在所述初始最优发射波束方向上，选择N3个发射波束子方向，在每个发射波束子方向上采用至少两个天线端口依次发送至少两个波束，其中，所述两个波束之间具有相关性；基站在所述初始最优接收波束方向上，选择N4个接收波束子方向，在每个接收波束子方向上依次接收终端的反馈，确定基站的最优发射波束方向和最优接收波束方向；其中，N1、N2、N3和N4均为正整数。较佳的，所述通过单天线端口依次接收终端的反馈，确定基站的初始最优发射波束方向和初始最优接收波束方向包括：根据终端的反馈确定基站的初始最优发射波束方向，并通过比较每次接收波束的能量，确定基站的初始最优接收波束方向；所述在每个接收波束子方向上依次接收终端的反馈，确定基站的最优发射波束方向和最优接收波束方向包括：根据终端的反馈确定基站的最优发射波束方向，并通过比较各个子方向上的接收波束的相关性检测结果，确定基站的最优接收波束方向。较佳的，所述通过单天线端口依次接收终端的反馈，确定基站的初始最优发射波束方向和初始最优接收波束方向包括：通过比较每次接收波束的能量，确定基站的初始最优接收波束方向，基站的初始最优发射波束方向与基站的初始最优接收波束方向相同；所述在每个接收波束子方向上依次接收终端的反馈，确定基站的最优发射波束方向和最优接收波束方向包括：通过比较各个子方向上的接收波束的相关性检测结果，确定基站的最优接收波束方向，基站的最优发射波束方向与基站的最优接收波束方向相同。较佳的，所述通过比较每次接收波束的相关性检测结果，确定基站的初始最优接收波束方向包括：对每个接收信号进行相关性检测，分别得到每个接收波束的能量，将能量最大的接收波束确定为初始最优接收波束。较佳的，所述通过比较各个子方向上的接收波束的相关性检测结果，确定基站的最优接收波束方向包括：对每个接收信号进行相关性检测，分别得到各个接收信号的和波束序列的相关性检测结果与差分波束序列的相关性检测结果当满足条件a～c之一时，判定检测到信号序列：a.且b.c.其中，η3与η4分别为第三检测门限与第四检测门限，并满足η3≤η4；若检测到信号序列，则根据和波束序列的相关性检测结果和差分波束的相关性检测结果，确定基站的最优接收波束方向。较佳的，所述在每个发射波束子方向上采用至少两个天线端口依次发送至少两个波束包括：在每个子方向上采用至少两个不同的天线端口在相互正交的资源上分别发送和波束和差分波束。较佳的，所述相互正交的资源包括以下的至少一种：正交的时域资源、正交的频域资源、正交的码字。较佳的，发送和波束和差分波束的方式包括以下的至少一种：第一种方式：将待发送的信号序列分为两部分，一部分使用和波束发送，另一部分使用差分波束发送；第二种方式：使用两段连续的系统资源发送相同的待发送的信号序列，其中，第一资源使用和波束发送所述信号序列，第二资源使用差分波束发送所述信号序列；第三种方式：使用两个天线阵列进行相同的待发送的信号序列，其中，一个天线阵列使用和波束发送所述信号序列，另一个天线阵列使用差分波束发送所述信号序列。较佳的，所述和波束的波束赋形权重系数为：所述差分波束的波束赋形权重系数为：其中，NBS为偶数，表示基站波束赋形所用的天线数量，d表示天线间隔，λ表示波长，表示波束赋形指向的方向。本申请还公开了一种基站，包括：第一层波束发送模块、第一层波束处理模块、第二层波束发送模块和第二层处理模块，其中：第一层波束发送模块，用于在选定的N1个初始发射波束方向上，使用单天线端口依次向终端发送单一波束；第一层处理模块，用于在选定的N2个初始接收波束方向上，通过单天线端口依次接收终端的反馈，确定基站的初始最优发射波束方向和初始最优接收波束方向；第二层波束发送模块，用于在所述初始最优发射波束方向上，选择N3个发射波束子方向，在每个发射波束子方向上采用至少两个天线端口依次发送至少两个波束，其中，所述两个波束之间具有相关性；第二层处理模块，用于在所述初始最优接收波束方向上，选择N4个接收波束子方向，在每个接收波束子方向上依次接收终端的反馈，确定基站的最优发射波束方向和最优接收波束方向；其中，N1、N2、N3和N4均为正整数。由上述技术方案可见，本申请提供的波束赋形方向的搜索方法和设备，通过采用分层的结构，在第一层采用单端口单波束轮询的方式，在第二层采用多端口多波束轮询的方式，兼顾了覆盖范围和搜索时间两方面的性能，可以显著提高5G通信系统中波束赋形方向搜索的性能和效率。附图说明图1为和波束与差分波束接收能量示意图；图2为差分波束与和波束接收信号比值示意图；图3为本专利技术基站侧波束赋形方向搜索步骤示意图；图4为本专利技术实施例一中基于天线阵列的发射端结构示意图；图5为本专利技术实施例一中基站端指定波束方向示意图；图6为本专利技术实施例一中基站端波束轮询方案以及相应帧结构示意图；图7为本专利技术实施例一中基站端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波束赋形方向的搜索方法，其特征在于，包括：基站在选定的N1个初始发射波束方向上，使用单天线端口依次向终端发送单一波束；基站在选定的N2个初始接收波束方向上，通过单天线端口依次接收终端的反馈，确定基站的初始最优发射波束方向和初始最优接收波束方向；基站在所述初始最优发射波束方向上，选择N3个发射波束子方向，在每个发射波束子方向上采用至少两个天线端口依次发送至少两个波束，其中，所述两个波束之间具有相关性；基站在所述初始最优接收波束方向上，选择N4个接收波束子方向，在每个接收波束子方向上依次接收终端的反馈，确定基站的最优发射波束方向和最优接收波束方向；其中，N1、N2、N3和N4均为正整数。

【技术特征摘要】
1.一种波束赋形方向的搜索方法，其特征在于，包括：基站在选定的N1个初始发射波束方向上，使用单天线端口依次向终端发送单一波束；基站在选定的N2个初始接收波束方向上，通过单天线端口依次接收终端的反馈，确定基站的初始最优发射波束方向和初始最优接收波束方向；基站在所述初始最优发射波束方向上，选择N3个发射波束子方向，在每个发射波束子方向上采用至少两个天线端口依次发送至少两个波束，其中，所述两个波束之间具有相关性；基站在所述初始最优接收波束方向上，选择N4个接收波束子方向，在每个接收波束子方向上依次接收终端的反馈，确定基站的最优发射波束方向和最优接收波束方向；其中，N1、N2、N3和N4均为正整数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述通过单天线端口依次接收终端的反馈，确定基站的初始最优发射波束方向和初始最优接收波束方向包括：根据终端的反馈确定基站的初始最优发射波束方向，并通过比较每次接收波束的能量，确定基站的初始最优接收波束方向；所述在每个接收波束子方向上依次接收终端的反馈，确定基站的最优发射波束方向和最优接收波束方向包括：根据终端的反馈确定基站的最优发射波束方向，并通过比较各个子方向上的接收波束的相关性检测结果，确定基站的最优接收波束方向。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述通过单天线端口依次接收终端的反馈，确定基站的初始最优发射波束方向和初始最优接收波束方向包括：通过比较每次接收波束的能量，确定基站的初始最优接收波束方向，基站的初始最优发射波束方向与基站的初始最优接收波束方向相同；所述在每个接收波束子方向上依次接收终端的反馈，确定基站的最优发射波束方向和最优接收波束方向包括：通过比较各个子方向上的接收波束的相关性检测结果，确定基站的最优接收波束方向，基站的最优发射波束方向与基站的最优接收波束方向相同。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述通过比较每次接收波束的相关性检测结果，确定基站的初始最优接收波束方向包括：对每个接收信号进行相关性检测，分别得到每个接收波束的能量，将能量最大的接收波束确定为初始最优接收波束。5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述通过比较各个子方向上的接收波束的相关性检测结果，确定基站的最优接收波束方向包括：对每个接收信号进行相关性检测，分别得到各个接收信号的和波束序列的相关性检测结果与差分波束序列的相关性...

【专利技术属性】
技术研发人员：张英杰，钱辰，喻斌，熊琦，付景兴，苏笛，
申请(专利权)人：北京三星通信技术研究有限公司，三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：北京,11