基于特高频信号辅助的毫米波微小区选择方法技术

本发明专利技术公开一种基于特高频信号辅助的毫米波微小区选择方法，其步骤为：1.确定用户所处扇区；2.传输特高频指示信号；3.传输毫米波定位检测信号；4.微基站信息处理；5.判断是否存在可以接纳新用户的毫米波微小区；6.微基站反馈信息；7.判断是否存在满足合法通信条件的毫米波微小区；8.估计用户位置；9.微基站扫描用户；10.判断是否存在满足合法通信条件的毫米波微小区；11.微基站反馈信息；12.建立候选小区列表；13.选择微基站通信；14.宏基站直接与用户通信。本发明专利技术可以减少搜索时间，提高搜索效率，实现毫米波微小区快速选择的目标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，进一步涉及无线通信
中的一种基于特高频UHF(Ultra High Frequency)信号辅助的毫米波微小区选择方法。本专利技术适用于异构网，特高频UHF信号基站，根据对用户波束搜索所得到的信息选择毫米波信号传输基站，并发送特高频UHF信号告知用户接入的毫米波信号传输基站建立通信。
技术介绍
近年来，无线通信网络主要使用400MHz～3GHz频段来实现用户基站与用户之间的通信，该频段能够平衡覆盖区域范围能力和处理大量用户的能力，有助于无线网络的广泛应用。其中300MHz～3GHz频段被称为特高频UHF，其波长范围1～10分米，又称分米波。随着用户对移动带宽访问需求的增加，该频段已经不能满足高速数据传输要求，引入新的频段是十分必要的。30GHz以上频段被称为毫米波，毫米波通信技术能够实现电子设备的超高速数据无线传输。同时毫米波具有路径损耗大、通信距离较短的特点。为了增加毫米波通信的距离，毫米波通信需要使用高增益天线阵列实现用户的高速数据传输。该技术具有波束窄和定向性等特征，使用此技术，如果用户不在定向天线方向图的指向范围内，则无法找到用户，产生所谓的“阴影现象”。因此，在实际应用中，常常采用由UHF频段和毫米波协作通信的异构网络增强覆盖效果。Antonio Capone等人在其发表的论文“Context Information for Fast Cell Discovery in mm-wave 5G Networks”(in European Wireless 2015)中提出一种利用UHF信号为用户选择毫米波微小区的方法。该方法通过特高频小区使用UHF信号与用户建立通信，确定用户的位置信息。毫米波微小区按照用户的位置信息发送定向窄波束指向用户。当用户的位置信息不正确时，毫米波微小区沿着用户的大致方向进行窄波束遍历搜索，遍历所有可能的波束指向确定通信的波束。该方法存在的不足之处是，当UHF信号确定的用户位置信息不准确时，所有的毫米波微小区仍然需要遍历搜索与用户建立通信，特高频小区根据建立通信的反馈信息为用户选择接入的毫米波微小区。由于遍历搜索花费的时间冗长，导致毫米波微小区的选择方法效率低下。华为技术有限公司在其申请的专利文件“一种毫米波相控阵波束对准方法及通信设备”(专利申请号：CN 201310023438.7，公开号：103052086 A)中提出了一种毫米波相控阵波束对准方法。该方法通过毫米波微小区与用户通过UHF频段通信链路进行通信，确定搜索角度。毫米波微小区在搜索角度指示的方向上发射毫米波信号对用户进行搜索。用户在搜索角度指示的方向上接收到毫米波信号后发送反馈信息。毫米波微小区在接收到反馈信息后，与用户在搜索角度指示的方向上实现毫米波相控阵波束对准。该方法存在的不足是，当UHF信号确定的波束指向错误时，仍然需要遍历毫米波波束确定用户所在的通信指向角度，导致选择毫米波微小区花费的时间冗长。同时，每个毫米波微小区都需要与宏基站建立通信确定搜索角度，当毫米波微小区过多时，确定搜索角度的开销过大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种基于特高频信号辅助的毫米波微小区选择方法，以解决搜索用户时延过大，在多个毫米波微小区存在时，搜索开销过大，搜索效率低下的问题，实现毫米波微小区快速选择的目标。本专利技术实现的基本思路是：在UHF信号辅助的情况下，对用户使用先宽波束后窄波束两级搜索方法，通过用户位置估计快速地发现用户。为实现上述目的，本专利技术实现步骤如下：(1)确定用户所处扇区：(1a)按照扇区划分方法，宏基站将特高频信号的覆盖范围均分为多个扇区；(1b)宏基站依次使用不同扇区接收用户发送的特高频UHF请求接入信号，利用接收信号功率计算公式，计算使用不同扇区时的特高频UHF请求接入信号接收功率；(1c)宏基站从所有的扇区中选取接收功率最大的扇区，将该扇区作为用户所处的扇区；(2)传输特高频指示信号：(2a)宏基站向用户发送特高频UHF指示信号；(2b)宏基站向用户所处扇区内的微基站发送特高频UHF指示信号；(3)传输毫米波定位检测信号：(3a)按照指示信号响应方法，用户发送全向毫米波定位检测信号；(3b)按照指示信号响应方法，微基站生成毫米波宽波束扫描接收毫米波定位检测信号；(4)微基站处理信息：(4a)按照接收信号功率计算公式，微基站计算各宽波束下的定位检测信号接收功率；(4b)微基站选择满足接收功率条件的毫米波微小区；(4c)微基站将对准满足接收功率条件毫米波微小区的宽波束，确定为毫米波微小区的通信波束；(5)微基站判断是否存在可以接纳新用户的毫米波微小区，若是，则执行步骤(6)，否则，执行步骤(14)；(6)微基站反馈信息：按照微基站反馈信息方法，微基站向宏基站反馈信息；(7)宏基站判断是否存在满足合法通信条件的毫米波微小区，若是，则执行步骤(12)，否则，执行步骤(8)；(8)估计用户位置：(8a)按照定位检测信号接收功率从大到小的顺序，宏基站对用户所处扇区内的所有微基站排序；(8b)宏基站从排序中选择前两个微基站，将排序中第一个微基站记为微基站1，第二个微基站记为微基站2，利用估计用户位置方程组，估计用户位置；(8c)宏基站向毫米波基站发送用户位置信息；(9)微基站扫描用户：(9a)微基站生成直接指向用户位置的窄波束，以该波束为中心用窄波束扫描接用户所在扇区接收定位检测信号；(9b)按照接收信号功率计算公式，微基站计算各窄波束下的定位检测信号接收功率；(10)微基站判断是否存在满足合法通信条件的毫米波微小区，若是，执行步骤(11)，否则，执行步骤(14)；(11)微基站反馈信息：按照微基站反馈信息方法，微基站向宏基站反馈信息；(12)建立候选小区列表：宏基站根据微基站反馈的信息，建立候选小区列表；(13)选择微基站通信：(13a)宏基站按照定位检测信号接收功率从大到小的顺序，对候选小区列表中的毫米波微小区进行排序；(13b)从排序中选择第一个毫米波微小区，宏基站确定该毫米波微小区所属的微基站；(13c)宏基站通知已确定的微基站，指示微基站与用户建立通信；(14)宏基站直接与用户通信。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：第一、由于本专利技术采用用户位置估计方法，克服了现有技术在特高频信号无法正确确定波束指向的前提下，遍历毫米波波束确定用户所在的通信指向角度，导致选择毫米波微小区花费的时间冗长的缺点，使得本专利技术可以在利用直接指向窄波束的前提下进行窄波束扫描，实现毫米波微小区快速选择的目标。第二、由于本专利技术采用毫米波微小区选择方法，克服了现有技术在毫米波微小区过多的前提下，每个毫米波微小区都需要与宏基站建立通信确定搜索角度，搜索时间过大的缺点，使得本专利技术可以实现减少搜索时间，提高搜索效率的目标。附图说明图1为本专利技术的应用场景图；图2为本专利技术的流程图；图3为本专利技术中毫米波宽波束的覆盖空间的波束方向示意图；图4为本专利技术中估计用户位置方法的示意图；图5为本专利技术中毫米波窄波束的覆盖空间的波束方向示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的详细描述。参照附图1，本专利技术应用场景为多小区场景，宏基站A的覆盖范围称为宏小区，在宏小区范围内有5个微基站，分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于特高频信号辅助的毫米波微小区选择方法，包括步骤如下：(1)确定用户所处扇区：(1a)按照扇区划分方法，宏基站将特高频信号的覆盖范围均分为多个扇区；(1b)宏基站依次使用不同扇区接收用户发送的特高频UHF请求接入信号，利用接收信号功率计算公式，计算使用不同扇区时的特高频UHF请求接入信号接收功率；(1c)宏基站从所有的扇区中选取接收功率最大的扇区，将该扇区作为用户所处的扇区；(2)传输特高频指示信号：(2a)宏基站向用户发送特高频UHF指示信号；(2b)宏基站向用户所处扇区内的微基站发送特高频UHF指示信号；(3)传输毫米波定位检测信号：(3a)按照指示信号响应方法，用户发送全向毫米波定位检测信号；(3b)按照指示信号响应方法，微基站生成毫米波宽波束扫描接收毫米波定位检测信号；(4)微基站处理信息：(4a)按照接收信号功率计算公式，微基站计算各宽波束下的定位检测信号接收功率；(4b)微基站选择满足接收功率条件的毫米波微小区；(4c)微基站将对准满足接收功率条件毫米波微小区的宽波束，确定为毫米波微小区的通信波束；(5)微基站判断是否存在可以接纳新用户的毫米波微小区，若是，则执行步骤(6)，否则，执行步骤(14)；(6)微基站反馈信息：按照微基站反馈信息方法，微基站向宏基站反馈信息；(7)宏基站判断是否存在满足合法通信条件的毫米波微小区，若是，则执行步骤(12)，否则，执行步骤(8)；(8)估计用户位置：(8a)按照定位检测信号接收功率从大到小的顺序，宏基站对用户所处扇区内的所有微基站排序；(8b)宏基站从排序中选择前两个微基站，将排序中第一个微基站记为微基站1，第二个微基站记为微基站2，利用估计用户位置方程组，估计用户位置；(8c)宏基站向毫米波基站发送用户位置信息；(9)微基站扫描用户：(9a)微基站生成直接指向用户位置的窄波束，以该波束为中心用窄波束扫描接用户所在扇区接收定位检测信号；(9b)按照接收信号功率计算公式，微基站计算各窄波束下的定位检测信号接收功率；(10)微基站判断是否存在满足合法通信条件的毫米波微小区，若是，执行步骤(11)，否则，执行步骤(14)；(11)微基站反馈信息：按照微基站反馈信息方法，微基站向宏基站反馈信息；(12)建立候选小区列表：宏基站根据微基站反馈的信息，建立候选小区列表；(13)选择微基站通信：(13a)宏基站按照定位检测信号接收功率从大到小的顺序，对候选小区列表中的毫米波微小区进行排序；(13b)从排序中选择第一个毫米波微小区，宏基站确定该毫米波微小区所属的微基站；(13c)宏基站通知已确定的微基站，指示微基站与用户建立通信；(14)宏基站直接与用户通信。...

【技术特征摘要】
1.一种基于特高频信号辅助的毫米波微小区选择方法，包括步骤如下：(1)确定用户所处扇区：(1a)按照扇区划分方法，宏基站将特高频信号的覆盖范围均分为多个扇区；(1b)宏基站依次使用不同扇区接收用户发送的特高频UHF请求接入信号，利用接收信号功率计算公式，计算使用不同扇区时的特高频UHF请求接入信号接收功率；(1c)宏基站从所有的扇区中选取接收功率最大的扇区，将该扇区作为用户所处的扇区；(2)传输特高频指示信号：(2a)宏基站向用户发送特高频UHF指示信号；(2b)宏基站向用户所处扇区内的微基站发送特高频UHF指示信号；(3)传输毫米波定位检测信号：(3a)按照指示信号响应方法，用户发送全向毫米波定位检测信号；(3b)按照指示信号响应方法，微基站生成毫米波宽波束扫描接收毫米波定位检测信号；(4)微基站处理信息：(4a)按照接收信号功率计算公式，微基站计算各宽波束下的定位检测信号接收功率；(4b)微基站选择满足接收功率条件的毫米波微小区；(4c)微基站将对准满足接收功率条件毫米波微小区的宽波束，确定为毫米波微小区的通信波束；(5)微基站判断是否存在可以接纳新用户的毫米波微小区，若是，则执行步骤(6)，否则，执行步骤(14)；(6)微基站反馈信息：按照微基站反馈信息方法，微基站向宏基站反馈信息；(7)宏基站判断是否存在满足合法通信条件的毫米波微小区，若是，则执行步骤(12)，否则，执行步骤(8)；(8)估计用户位置：(8a)按照定位检测信号接收功率从大到小的顺序，宏基站对用户所处扇区内的所有微基站排序；(8b)宏基站从排序中选择前两个微基站，将排序中第一个微基站记为微基站1，第二个微基站记为微基站2，利用估计用户位置方程组，估计用户位置；(8c)宏基站向毫米波基站发送用户位置信息；(9)微基站扫描用户：(9a)微基站生成直接指向用户位置的窄波束，以该波束为中心用窄波束扫描接用户所在扇区接收定位检测信号；(9b)按照接收信号功率计算公式，微基站计算各窄波束下的定位检测信号接收功率；(10)微基站判断是否存在满足合法通信条件的毫米波微小区，若是，执行步骤(11)，否则，执行步骤(14)；(11)微基站反馈信息：按照微基站反馈信息方法，微基站向宏基站反馈信息；(12)建立候选小区列表：宏基站根据微基站反馈的信息，建立候选小区列表；(13)选择微基站通信：(13a)宏基站按照定位检测信号接收功率从大到小的顺序，对候选小区列表中的毫米波微小区进行排序；(13b)从排序中选择第一个毫米波微小区，宏基站确定该毫米波微小区所属的微基站；(13c)宏基站通知已确定的微基站，指示微基站与用户建立通信；(14)宏基站直接与用户通信。2.根据权利要求1所述的基于特高频信号辅助的毫米波微小区选择方法，其特征在于，步骤(1a)中所述的扇区划分方法是指，从6扇区，9扇区，12扇区中任选一种，将基站覆盖范围角度均分为多个区域，每个区域作为一个扇区。3.根据权利要求1所述的基于特高频信号辅助的毫米波微小区选择方法，其特征在于，步骤(1b)、步骤(4a)、步骤(9b)中所述的接收信号功率计算公式如下：P＝10lg(abs(y))2其中，P表示信号接收功率，lg(·)表示将功率单位由瓦特W转换为分贝dB操作，abs(y)表示接收信号幅...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓辉，袁靖雅，杨胥，刘乃安，黑永强，付卫红，韦娟，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61