基于高低频混合组网的小区搜索方法技术

本发明专利技术属于无线通信技术领域，具体的说是一种基于高低频混合组网的小区搜索方法。本发明专利技术为解决毫米波通信系统损耗大，传输环境严苛等问题，为了保证覆盖范围，5G网络将毫米波小区和现有的微波小区结合起来，通过双链接技术，使得5G与4GLTE系统之间实现协同服务，就可以保证绝大多数用户能够一直保持连接，同时能够大幅度提升用户吞吐量，并且避免频繁切换，由此，提出了基于异构网络的毫米波小区搜索方法。通过UE向基站上报起位置信息，在基站端得出UE端的位置和距离，进行更加精准的初始范围内进行波束搜索。在用户端，减少接受波束搜索次数，节省用户能耗。通过这种方法，减少了搜索的能耗，也提升了小区搜索的性能。

Cell search method based on high and low frequency hybrid network

The invention belongs to the field of wireless communication technology, in particular to a cell search method based on high and low frequency hybrid networking. In order to solve the problems of high loss of millimeter wave communication system and harsh transmission environment, the 5G network combines the millimeter wave cell with the existing microwave cell to ensure the coverage, and realizes the cooperative service between the 5G and 4GLTE systems by means of the double-link technology, so as to ensure that the overwhelming majority of users can always maintain the service. Connection can greatly improve user throughput and avoid frequent handover. Therefore, a millimeter wave cell search method based on heterogeneous network is proposed. The position information is reported to the base station by UE, and the position and distance of UE are obtained at the base station. The beam searching is carried out in a more accurate initial range. At the user side, the number of beam search is reduced and the user energy consumption is saved. Through this method, the energy consumption of search is reduced, and the performance of cell search is also improved.

【技术实现步骤摘要】
基于高低频混合组网的小区搜索方法
本专利技术属于无线通信
，涉及毫米波通信(Millimeter-Wave(mmWave)Communication)，波束选择技术，以及多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO)技术，具体的说是基于异构网络的毫米波小区搜索方法。
技术介绍
随着无线通信的发展，毫米波(Millimeterwave(mmWave))被认为是下一代无线通信技术的核心技术候选之一，它可以极大的拓宽可用频谱资源，然而，与传统微波频率相比，使用毫米波频带的关键挑战是其严重的信号传播损耗。为了补偿这样的损失，可以采用大型天线阵列来实现高功率增益。以往，毫米波都在点对点无线链路中使用，是目前移动网络回传技术的重要组成。对于5G来说，主要的目标就是将毫米波使用到网络的接入部分中来，这样为终端用户扩大信道容量并显著提高可用的数据速率。然而这个目标同时也带来了高频段下恶劣的传播特性以及天线单元可用功率受限等技术挑战。随着通信技术和移动互联网的高速发展，用户对高速数据传输的需求与日俱增，这使得学界将目光转向mmW频段以满足下一代通信系统高速率，低时延，更多链接的需求。毫米波通信系统在带来丰富频谱资源等一系列优点的同时还伴随着损耗大，传输环境严苛等缺点，保证覆盖范围就成了部署5G网络的一大难题：如果采用全向天线，那么该系统的有效覆盖范围会非常有限，从而造成毫米波通信系统的通信范围也十分有限。部署高度定向的天线阵列可以用来优化链路预算并且扩展毫米波SC的覆盖范围。除了增加天线增益之外，在收发端采用高度定向的天线还能够大大减小天线之间的互相干扰。在其他领域已经提出了一些针对定向小区搜索的解决方案，例如adhoc网络和个人区域网络，但是这些解决方案都没有为未来5G毫米波网络需求提供合适的方案。最简单的小区搜索策略就是遍历所有的波束宽度和角度方向直到基站和UE成功同步。然而，这种方法会消耗不必要的时间，同步过程也会承受高时延。事实上，对于目前的天线技术，很多不同的天线配置都有可能完成小区搜索的过程：首先可以选择的不同的波束宽度有很多，其次，可供天线对准的不同方向也有很多。波束宽度对于搜索过程有很大影响，较大的宽度使波束可以更快地扫描周围区域，也就是说切换不同波束宽度次数更少，但是这种波束只能扫描到相对近距离的UE。反之亦然，较窄的波束能够扫描到距离更远的UE，但是需要大量地切换天线配置来扫描所有空间。这样一来，搜索过程就必然承受扫描速度和扫描距离的性能折中。显然，是否达到最优性能，取决于可使用的天线配置和UE的分布。在理想状态下，假设能够提供准确的CI，基站和UE就可以直接使用窄波束对准彼此。而在实际应用中不可避免地会出现一些误差，再加上CI只能用来减小待搜索空间的范围，因此需要设计搜索算法来找到最有可能的天线配置。
技术实现思路
本专利技术的目的，为了避免毫米波基站覆盖范围太小的缺点，提出了基于高低频混合组网的小区搜索方法。本专利技术的技术方案如下：基于高低频混合组网的小区搜索方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采用工作在微波频段的4G基站和工作在毫米波频段的5G基站构成异构网络，其中，4G基站负责传输控制面数据，5G基站负责传输用户面数据；S2、通过4G基站获取到达用户的地理位置信息：S3、5G基站根据4G基站的控制面得到到达用户的地理位置信息并且计算出所需的波束宽度和指向方向，从而发射同步信号用以覆盖用户。进一步的，其特征在于，所述步骤S1的具体方法为：5G基站部署在4G基站的覆盖范围之内，并通过MCeNB和核心网相连，MCeNB控制着小区范围内所有UE的控制面信息传输；处在4G基站覆盖范围内的UE能够从MCeNB和SCeNB接收用户面数据，并只从MCeNB接收控制面信号。进一步的，所述步骤S2的具体方法为：用户向核心网上报CI信息，基于CI信息获取用户定位的位置，以及用户和毫米波基站的距离。进一步的，所述步骤S3的具体方法为：S31、5G基站根据步骤S2获得的用户位置信息，计算出所需的波束宽度和指向方向后向用户方向发射同步信号；S32、判断若用户处接收信号功率值是否小于门限值，若是，则认为用户没有被搜索到，进入步骤S33；若否，则检测到用户，结束搜索过程；S33、将在当前发射波束的小区域的两侧相邻小区域，以当前的波束宽度，顺时针和逆时针交叉地搜索用户，依次这样迭代，直到将所有小区域探测一遍；若检测到用户，则结束搜索过程；若仍然没有搜索到用户，则减小波束宽度，使用更细的波束重复上述过程，直至检测到用户借宿搜索过程；或者遍历所有波束宽度组合后结束搜索，并将用户标记为无法联网。本专利技术的方案中，基于异构网络的控制面/用户面分离的结构有助于解决部署毫米波小区基站时遇到的一些问题，例如覆盖面积，链接，QoS需求等。通过将所有控制面信号和对时延敏感的用户面数据在MCeNB传输，网络连接和时延敏感业务流的QoS需求都能得到保证。同时，核心网的信令负荷在这种结构中也被包括进来。例如，在UE和MCeNB直接控制面连接的情况下，UE通过MC的运动不会在核心网处触发切换过程。这样，SC基站之间频繁的切换就不会导致核心网处高昂的信令负荷。本专利技术的有益效果是：通过UE向核心网上报CI信息，获得UE定位的位置和距离，有效规避了毫米波系统波束搜索的盲目性，以及可能因此造成的较高的估计误差概率。采用自适应算法，根据UE和基站的距离，确定应该使用的波束宽度，对于搜索性能有着显著的增强。附图说明图1为NSA结构图；图2为已知位置信息后毫米波基站和用户间的位置关系和波束方向图；图3为穷举算法示意图；图4为毫米波小区可搜索区域和实际可支持区域的不匹配问题。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行进一步详细描述。将本专利技术的方案应用在如图1所示的NSA结构系统，毫米波基站和微波基站的同步协作保证了UE的无缝链接。使用传统的3G-4G技术的MC负责同步信号等控制面信息的传输，而毫米波SC负责增加容量。通过使用不同的无线传输技术，不同的覆盖范围被拼接到了一起，并且能够在网络单元之间切换。5G接入网络将以异构网络结构为基础，在这些结构中，可以通过使用MC中组织的技术，在各处提供连续的连接，同时在的MC覆盖下部署大量的SCs，从而提供额外的容量。这样，通过减少UE和访问基站之间的距离，并平衡SC和MC之间的流量，就可以显著提高小基站(SCs)的用户速率。SC基站部署在MC基站的覆盖范围之内，并且通过MCeNB和核心网相连。MCeNB控制着小区范围内所有UE的控制面信息传输。那些也处在MC基站覆盖范围内的UE能够从MCeNB和SCeNB接收用户面数据，并只从MCeNB接收控制面信号。这种基于异构网络的控制面/用户面分离的结构有助于解决部署毫米波小区基站时遇到的一些问题，例如覆盖面积，链接，QoS需求等。通过将所有控制面信号和对时延敏感的用户面数据在MCeNB传输，网络连接和时延敏感业务流的QoS需求都能得到保证。同时，核心网的信令负荷在这种结构中也被包括进来。例如，在UE和MCeNB直接控制面连接的情况下，UE通过MC的运动不会在核心网处触发切换过程。这样，SC基站之间频繁的切换就不会导致核心网处高昂的信令本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于高低频混合组网的小区搜索方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采用工作在微波频段的4G基站和工作在毫米波频段的5G基站构成异构网络，其中，4G基站负责传输控制面数据，5G基站负责传输用户面数据；S2、通过4G基站获取到达用户的地理位置信息：S3、5G基站根据4G基站的控制面得到到达用户的地理位置信息并且计算出所需的波束宽度和指向方向，从而发射同步信号用以覆盖用户。

【技术特征摘要】
1.基于高低频混合组网的小区搜索方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采用工作在微波频段的4G基站和工作在毫米波频段的5G基站构成异构网络，其中，4G基站负责传输控制面数据，5G基站负责传输用户面数据；S2、通过4G基站获取到达用户的地理位置信息：S3、5G基站根据4G基站的控制面得到到达用户的地理位置信息并且计算出所需的波束宽度和指向方向，从而发射同步信号用以覆盖用户。2.根据权利要求1所述的基于高低频混合组网的小区搜索方法，其特征在于，所述步骤S1的具体方法为：5G基站部署在4G基站的覆盖范围之内，并通过MCeNB和核心网相连，MCeNB控制着小区范围内所有UE的控制面信息传输；处在4G基站覆盖范围内的UE能够从MCeNB和SCeNB接收用户面数据，并只从MCeNB接收控制面信号。3.根据权利要求2所述的基于高低频混合组网的小区搜索方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金泽，张忠培，李易卿，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51