一种波束对准方法及装置

文档序号:143122 发布日期:2021-10-22 浏览:25次 >En<

阅读说明:本技术 一种波束对准方法及装置 (Beam alignment method and device ) 是由 刘乔 王光健 于 2020-04-16 设计创作,主要内容包括:本申请提供一种波束对准方法及装置,该方法包括:网络设备接收来自终端设备的第一上行信号,网络设备计算第一上行信号对应的共轭相位,并根据该共轭相位,将与第一上行信号的来波方向相反的窄波束确定为网络设备与终端设备对准的目标发送波束,网络设备通过该目标发送波束与终端设备通信,从而够减少波束扫描次数及减少波束对准耗时,提升波束成形收敛速度进而提高了波束赋型的精度。(The application provides a beam alignment method and a device, and the method comprises the following steps: the network equipment receives a first uplink signal from the terminal equipment, calculates a conjugate phase corresponding to the first uplink signal, determines a narrow beam opposite to the incoming wave direction of the first uplink signal as a target sending beam aligned with the terminal equipment according to the conjugate phase, and communicates with the terminal equipment through the target sending beam, so that the beam scanning times are reduced, the time consumption of beam alignment is reduced, the beam forming convergence speed is increased, and the beam forming precision is improved.)

一种波束对准方法及装置

技术领域

本申请涉及通信技术领域,尤其涉及一种波束对准方法及装置。

背景技术

第三代合作伙伴计划(third generation partnership project,3GPP)将频谱资源充裕的毫米波波段纳入第五代(fifth generation,5G)蜂窝通信系统标准以满足用户高速率通信的需求。但是毫米波信号由于频率高波长短,因此传播时将经历严重的路径损耗和穿透损耗。而且在高速移动场景下,由于毫米波信号相干时间很小,较大的多普勒频展极大制约了用户的移动性。而5G系统同时兼具高移动性和高数据速率的特点,这就对毫米波应用于5G系统提出了重要挑战。另外,5G系统存在高频信道移动性差的缺点,原因是由于用户设备(user equipment,UE)移动,UE旋转或路径遮挡等原因,通信链路质量会快速的恶化,导致接入和切换的可靠性降低,影响用户移动性体验。

目前,为了克服路径损耗引起的接收信号强度严重衰减的问题,毫米波需要采用波束成形(beamforming)技术,确保链路传输质量。波束成形,源于自适应天线的一个概念,可以分为发射端/接收端波束成形。其中,波束成形技术调节各天线的相位使得信号进行有效叠加,对无线信号能量产生聚焦作用,形成具有指向性的波束,产生明显的信号增益来克服路损,从根本上为5G无线信号传输质量提供保障;波束越窄,信号增益越大。但是,基站的波束指向一旦偏离用户终端,用户终端无法接收到高质量的无线信号。因此,如何将波束快速对准用户便成为5G系统亟待解决的问题。

发明内容

本申请提供一种波束对准方法及装置,以实现波束快速对准,能够自动校准由于建筑物或者树木产生的多径效应。

第一方面,提供一种波束对准方法,该方法可以应用于第一通信装置,第一通信装置可以是网络设备,或者网络设备中的芯片或芯片组,该方法包括:网络设备接收来自终端设备的第一上行信号,网络设备计算第一上行信号对应的共轭相位,并根据该共轭相位,将与第一上行信号的来波方向相反的窄波束确定为网络设备与终端设备对准的目标发送波束,网络设备通过该目标发送波束与终端设备通信。

本申请实施例中,通过上述方法可以约束基站和终端的波束扫描行为,使得基站和终端的波束扫描行为可以对齐,从而够减少波束扫描次数及减少波束对准耗时,提升波束成形收敛速度,进而提高了波束赋型的精度。

在一种可能的设计中,网络设备还可以接收来自所述终端设备的第二上行信号,第二上行信号包括终端设备的目标接收波束的测量结果或终端设备的目标接收波束的标识;网络设备根据第二上行信号,确定与目标下行发送波束对准的目标下行接收波束。

本申请实施例中,通过上述方法可以实现目标下行发送波束和目标下行接收波束的精确配对。

在一种可能的设计中,网络设备接收来自终端设备的第一上行信号之前,网络设备还可以使用不同指向的固定宽波束向所述终端设备发射无线信号,所述不同指向的固定宽波束的指向集合覆盖所述网络设备的信号覆盖区域。本申请实施例中,基站可以通过扫描过程完成宽波束的对准。

在一种可能的设计中,网络设备可以包括共轭相位处理装置,所述共轭相位处理装置能够构建具有波束反向指向性功能的阵列系统,具体地,网络设备的共轭相位处理装置可以根据所述第一上行信号的来波方向,计算所述第一上行信号对应的共轭相位。本申请实施例中,计算所述第一上行信号对应的共轭相位不需要先验的AOA信息和信道估计信息,不需要导频开销,并且整个过程与频率无关;由于在模拟域完成来波方向的计算,实现简单,时延小。

在一种可能的设计中,网络设备通过所述目标波束与所述终端设备通信之后,网络设备还可以根据来自所述终端设备的第三上行信号,计算所述第三上行信号对应的共轭相位;网络设备根据第三上行信号对应的共轭相位,调整目标下行发送波束为与第三上行信号的来波方向相反的窄波束。本申请实施例中,当UE发生移动,基站按照上述方法可以实现波束的自动跟踪对齐。

第二方面,本申请实施例提供的一种波束对准方法,该方法可以应用于第二通信装置,第二通信装置可以是终端设备,或者终端设备中的芯片或芯片组,该方法包括:终端设备接收来自网络设备的第一下行信号,终端设备计算第一下行信号对应的共轭相位;终端设备根据所述共轭相位,将与第一下行信号的来波方向相反的窄波束确定为终端设备的目标上行发送波束;终端设备通过所述目标上行发送波束与所述网络设备通信。

本申请实施例中,通过上述方法可以约束基站和终端的波束扫描行为,使得基站和终端的波束扫描行为可以对齐,从而够减少波束扫描次数及减少波束对准耗时,提升波束成形收敛速度,进而提高波束赋型的精度。

在一种可能的设计中,终端设备还可以接收来自网络设备的第二下行信号,第二下行信号包括所述网络设备的目标接收波束的测量结果或所述网络设备的目标接收波束的标识;终端设备根据所述第二下行信号,确定与所述目标上行发送波束对准的目标上行接收波束。

本申请实施例中,通过上述方法可以实现目标上行发送波束和目标上行接收波束的精确配对。

在一种可能的设计中,终端设备接收来自网络设备的第一下行信号之前,终端设备还可以使用不同指向的固定宽波束向所述网络设备发射无线信号,所述不同指向的固定宽波束的指向集合覆盖所述网络设备的信号覆盖区域。本申请实施例中,基站通过扫描过程可以完成宽波束的对准。

在一种可能的设计中,终端设备可以包括共轭相位处理装置,所述共轭相位处理装置能够构建具有波束反向指向性功能的阵列系统;具体地,终端设备的共轭相位处理装置可以根据所述第一下行信号的来波方向,计算所述参考信号对应的共轭相位。本申请实施例中,计算所述参考信号对应的共轭相位不需要先验的AOA信息和信道估计信息,不需要导频开销,并且整个过程且与频率无关;由于在模拟域完成来波方向的计算,实现简单,时延小。

在一种可能的设计中,网络设备通过所述目标波束与所述终端设备通信之后,终端设备还可以根据来自所述网络设备的第三下行信号,计算所述第三下行信号对应的共轭相位;终端设备根据所述第三下行信号对应的共轭相位,调整所述目标上行发送波束为与所述第三下行信号的来波方向相反的窄波束。本申请实施例中,当UE发生移动,基站可以按照上述方法可以实现波束的自动跟踪对齐。

第三方面,本申请提供一种波束对准装置,该装置可以是通信设备,也可以是通信设备内的芯片或芯片组,其中,通信设备可以为终端设备也可以是基站。该装置可以包括处理模块和收发模块。当该装置是通信设备时,该处理模块可以是处理器,该收发模块可以是收发器;该装置还可以包括存储模块,该存储模块可以是存储器;该存储模块用于存储指令,该处理模块执行该存储模块所存储的指令,以执行上述第一方面中相应的功能,或者执行上述第二方面中相应的功能。当该装置是通信设备内的芯片或芯片组时,该处理模块可以是处理器,该收发模块可以是输入/输出接口、管脚或电路等;该处理模块执行存储模块所存储的指令,以执行上述第一方面中相应的功能,或者,上述第二方面中相应的功能。该存储模块可以是该芯片或芯片组内的存储模块(例如,寄存器、缓存等),也可以是该基站内的位于该芯片或芯片组外部的存储模块(例如,只读存储器、随机存取存储器等)。

第四方面,提供了一种波束对准装置,包括:处理器、通信接口和存储器。通信接口用于该装置与其他装置之间传输信息、和/或消息、和/或数据。该存储器用于存储计算机执行指令,当该装置运行时,该处理器执行该存储器存储的该计算机执行指令,以使该装置执行如上述第一方面或第一方面中任一设计、或第二方面或第二方面中任一设计所提出的方法。

第五方面,本申请实施例提供的一种计算机存储介质,该计算机存储介质存储有程序指令,当程序指令在通信设备上运行时,使得通信设备可以执行本申请实施例第一方面及其任一可能的设计、或第二方面及其任一可能的设计的方法。

第六方面,本申请实施例提供的一种计算机程序产品,当计算机程序产品在通信设备上运行时,使得通信设备可以执行本申请实施例第一方面及其任一可能的设计、第二方面及其任一可能的设计的方法。

第七方面,本申请实施例提供的一种芯片,所述芯片与存储器耦合,以执行本申请实施例第一方面及其任一可能的设计、或第二方面及其任一可能的设计的方法。

第八方面,本申请实施例提供一种芯片,包括通信接口和至少一个处理器,所述通信接口用于该装置与其他装置之间传输信息、和/或消息、和/或数据,所述处理器运行程序指令以执行本申请实施例第一方面或第一方面中任一设计、或第二方面及其任一可能的设计的方法。

附图说明

图1为本申请实施例提供的相关技术中采用波束成形产生指向性波束的示意图;

图2为本申请实施例提供的相关技术中波束对准的原理示意图;

图3为本申请实施例提供的一种通信系统的架构示意图;

图4A为本申请实施例提供的又一种通信系统的架构示意图;

图4B为本申请实施例提供的一种共轭相位处理装置的架构示意图;

图5为本申请实施例提供的一种波束对准方法流程示意图;

图6为本申请实施例提供的一种波束对准的原理示意图;

图7为本申请实施例提供的一种波束对准方法流程示意图;

图8为本申请实施例提供的一种通信装置的结构示意图;

图9为本申请实施例提供的又一种通信装置的结构示意图。

具体实施方式

为了方便理解本申请实施例,下面介绍与本申请实施例相关的术语:

1、波束(beam):波束是一种通信资源。波束可以是宽波束,或者窄波束,或者其他类型波束。形成波束的技术可以是波束赋形技术或者其他技术手段。波束赋形技术可以具体为数字波束赋形技术,模拟波束赋形技术,混合数字/模拟波束赋形技术。不同的波束可以认为是不同的资源。通过不同的波束可以发送相同的信息或者不同的信息。可选的,可以将具有相同或者类似的通信特征的多个波束视为是一个波束。一个波束内可以包括一个或多个天线端口,用于传输数据信道,控制信道和探测信号等,例如,发送波束可以是指信号经天线发射出去后在空间不同方向上形成的信号强度的分布,接收波束可以是指从天线上接收到的无线信号在空间不同方向上的信号强度分布。可以理解的是,形成一个波束的一个或多个天线端口也可以看作是一个天线端口集。

波束可以分为网络设备的发送波束和接收波束,与终端设备的发送波束和接收波束。网络设备的发送波束用于描述网络设备发送侧波束赋形信息,网络设备的接收波束用于描述网络设备接收侧波束赋形信息,终端设备的发送波束用于描述终端设备发送侧波束赋形信息,终端的接收波束用于描述终端设备接收侧波束赋形信息。也即波束用于描述波束赋形信息。

波束可以对应时间资源和或空间资源、频域资源。可选地,波束还可以与参考信号(reference signal,RS)资源(例如,波束赋形的RS资源),或者波束赋形信息对应。

可选地,波束还可以与网络设备的RS资源关联的信息对应,其中RS可以为信道状态信息参考信号(channel state information reference Signal,CSI-RS),同步信号广播信道块(synchronous signal/PBCH block,SS/PBCH block),SS/PBCH block还可以称为SSB,解调参考信号(demodulation reference signal,DMRS)、相位跟踪信号(phasetracking reference signal,PTRS)、追踪参考信号(tracking reference signal,TRS)等,RS资源关联的信息可以是RS资源标识,或者准共址(quasi-collocation,QCL)信息(特别是type D类型的QCL)等。其中,RS资源标识对应了之前基于该RS资源测量时建立的一个收发波束对,通过该RS资源索引,终端可推断波束信息。

可选地,波束还可以与空域滤波器(spatial filter或spatial domain filter)、空域传输滤波器(spatial domain transmission filter)对应。

其中,接收波束可以等价于空间传输滤波器,空域传输滤波器,空域接收滤波器,空间接收滤波器;发送波束可以等价于空域滤波器,空域传输滤波器,空域发送滤波器,空间发送滤波器。空间相关参数的信息可以等价于空间滤波器(spatial dimaintransmission/receive filter)。可选地,空间滤波器一般包括空间发送滤波器,空间接收滤波器。该空间滤波器还可以称之为空域发送滤波器,空域接收滤波器,空间传输滤波器,空域传输滤波器等。其中,终端设备侧的接收波束和网络设备侧的发送波束可以为下行空间滤波器,终端设备侧的发送波束和网络设备侧的接收波束可以为上行空间滤波器。

目前5G NR新增高频频段,比如28GHz、39GHz或60GHz频段。引入高频可以实现更大带宽、更高传输速率。由于频率较高,信号在空间传播过程中会发生严重衰落。因此,5G NR采用波束赋形(beamforming,BF)技术获得良好的定向性增益,以提高发射方向定向功率,改善接收端信干噪比(signal to interference plus noise radio,SINR),进而提升系统性能。由于gNB和UE均采用混合波束赋形技术,由此带来的收发波束管理问题成为5G NR标准化讨论过程中的一个中心问题。

相关技术中,采用波束成形技术的基站必须使用多个不同指向的波束才能完全覆盖小区,基站需要依次使用不同指向的波束发射无线信号,通过遍历扫描全部波束的方式来寻找对准用户终端的最佳发射波束。图1示出了目前相关技术中基站采用波束成形产生指向性波束的示意图。参见图1,基站101采用波束成形技术调节各天线的相位使得信号进行有效叠加,对无线信号能量产生聚焦,形成具有指向性的波束,使得波束指向用户终端102。

波束训练包括网络设备和终端设备收发波束扫描过程。波束训练的目的是找到波束对,波束对包括一个发送波束和一个接收波束。发送波束方向和接收波束方向是对准(或对齐)的情况下,接收信号的增益较佳。图2示出了相关技术中波束对准的原理示意图。参见图2,采用波束成形的5G基站必须使用多个不同指向的波束才能完全覆盖小区,基站201使用8个波束,即波束t1至波束t8,覆盖基站201服务的小区,在下行过程中,基站201进行波束扫描(Beam sweeping),依次使用不同指向的波束发射无线信号。例如,图2中示出的波束扫描步骤21:基站201依次使用波束t1至波束t8发射无线信号。同时,用户终端进行波束测量(Beam measurement),测量基站的不同发射波束发射出的无线信号,向基站发送波束报告(Beam reporting),报告相关波束测量结果。例如,图2中示出的步骤22及步骤23,其中,步骤22为用户终端202向基站201发送波束报告,步骤23为用户终端203向基站201发送波束报告;基站根据用户终端上报的波束报告,确定对准用户终端的最佳发射波束(beamdetermination);另一方面,考虑到用户终端也配置有天线阵列,例如图2中用户终端202及用户终端203各自使用4个波束,即波束r1至波束r4,所以,在波束对准的过程中要同时兼顾发射波束和接收波束;5G无线通信网络允许用户终端为发射波束改变对应的接收波束,可以改变用户终端发射波束与接收波束的映射关系,判断并选取最优接收波束,基于以上,产生一对最优的发射波束与接收波束映射关系。参见图2,用户终端202和基站之间对应的最佳波束映射关系为(t4,r3),用户终端203和基站之间对应的最佳波束映射关系为(t6,r2)。

然而,为了保证得到足够信号增益,考虑到波束越窄,信号增益越大,大规模天线阵列所产生的波束通常需要变得很窄,这就要求基站需要使用大量的窄波束才能保证小区内任意方向的用户都能得到有效覆盖;在此情况下,目前相关技术遍历扫描全部窄波束来寻找最佳发射波束的方案,存在扫描耗时过多及波束成形速度过慢的问题,严重影响通信质量,造成用户体验下降。

另外,目前波束成形(beamforming)技术在波束训练过程中需要用到大量的移相器,由于需要对信道进行估计并向发送端反馈估计结果,该波束成形技术的实现复杂程度较高、波束对准时间长。虽然,在毫米波异构网络中,目前相关技术通过引入双连接、小区范围拓展和波束赋形等移动性增强技术,既充分利用毫米波的频谱资源优势,又有效解决高移动性下高速数据传输的问题。但是通过双连接技术,可初步解决毫米波异构网络中的越区切换和网络配置问题,但仍未能有效解决负载不均的问题,而且仅支持异构网络架构,局限性明显。

为了解决上述问题,本申请实施例提供一种波束对准方法,该方法可以应用于终端设备和网络设备,其中,网络设备侧和终端设备侧中的至少一侧可以增设模拟域的共轭相位处理装置,该装置能够构建具有反向功能的阵列系统。该方法包括:发射设备的共轭相位处理装置可以根据接收设备的信号的来波方向,计算与该信号对应的共轭相位,从而发射设备根据该共轭相位,将与来波方向相反的窄波束确定为发射设备与接收设备对准的目标发送波束,另外接收设备向发射设备上报本端扫描确定的目标接收波束,从而接收设备和发射设备完成波束对准,基于接收设备和发射设备该目标接收波束和目标发送波束建立通信链路进行通信。需要说明的是,本申请实施例中,当发射设备为网络设备时,接收设备为终端设备;当发射设备为终端设备时,接收设备为网络设备。

本申请实施例提供的波束对准方法可以应用于两个通信设备通过波束训练建立波束对链路进行通信的通信系统300。如图3所示,该通信系统300至少包括:一个或者多个网络设备301,一个或者多个终端设备303,网络设备301和终端设备303通过波束训练分别在波束集合302和波束集合304中确定匹配的上下行波束以建立波束对链路进行通信。

如图4A所示,为本申请实施例提供的一种无线通信场景示意图,具体地,图4A中包括发射设备、无线信道和接收设备。需要说明的是,本申请实施例中,当网络设备为发射设备时,终端设备为接收设备;当终端设备为发射设备时,网络设备为接收设备。

其中,发射设备可以包含编码单元401A,用于完成信息比特(bit)的纠错编码,交织等功能;发端基带处理401B,用于完成信息的调制,成帧,滤波整型,预失真校正等处理;数字模拟转换器(digital-to-analog conversion,DAC)401C,用于完成信息的数模转换;发射中射频401D,用于完成把基带信号调制到射频信号,以及信号滤波等功能;发射天线401E,用于将电磁波能量向空间辐射。当发射设备侧增设共轭相位处理装置时,发射设备侧增设的共轭相位处理装置可以集成于发射中射频401D和发射天线401E中。

无线信道402,用于指电磁波在大气、真空、水等介质中无线传输。

其中,接收设备包含接收中射频403A,用于把接收到的射频信号下变频到低频或者基带;接收天线403B,用于对空间的电磁波信号进行接收;模拟数字信号转换器(analog-to-digital conversion,ADC)403C,用于完成信息的模数转换;接收基带处理403D,用于完成接收基带信号的恢复,包括同步、均衡、译码等单元。当接收设备侧增设共轭相位处理装置时,接收设备侧增设的共轭相位处理装置可以集成于接收中射频403A和接收天线403B中。

如图4B所示,发射设备侧增设的共轭相位处理装置可以包括反向阵列系统4011、相位共轭计算电路4012、共轭相位提取单元4013、信号调制单元4014;其中,反向阵列系统4011可以集成在图4A所示的发射天线或接收天线中,用于对空间的电磁波信号(图4B所示的来波)进行接收,或发射与来波反方向的发射波。相位共轭计算电路4012,用于计算来波的共轭相位,在模拟域实现,通过这种射频混频的方式,当本振频率是射频频率的两倍时,输出的中频频率是和射频频率相等,但是相位和输入射频相反,可以实现相位共轭;共轭相位提取单元4013,用于在共轭相位计算完成后,实现对输出的相位提取。信号调制单元4014,用于将向接收设备侧发送的无线信号调制到该当前的共轭相位上向接收设备侧发送。

本申请所应用的通信系统可以是各类通信系统,例如,可以是物联网(internetof things,IoT)、窄带物联网(narrow band internet of things,NB-IoT)、长期演进(long term evolution,LTE),也可以是第五代(5G)通信系统,还可以是LTE与5G混合架构、也可以是5G NR系统以及未来通信发展中出现的新的通信系统等。本申请所述的5G通信系统可以包括非独立组网(non-standalone,NSA)的5G通信系统、独立组网(standalone,SA)的5G通信系统中的至少一种。通信系统还可以是公共陆地移动网络(public land mobilenetwork,PLMN)网络、设备到设备(device-to-device,D2D)网络、机器到机器(machine tomachine,M2M)网络或者其他网络。

本申请实施例中涉及的终端设备,是用户侧的一种用于接收或发射信号的实体。终端设备可以是一种向用户提供语音、数据连通性的设备,例如,具有无线连接功能的手持式设备、车载设备等。终端设备也可以是连接到无线调制解调器的其他处理设备。终端设备可以通过无线接入网(radio access network,RAN)与一个或多个核心网进行通信。终端设备也可以称为无线终端、订户单元(subscriber unit)、订户站(subscriber station),移动站(mobile station)、移动台(mobile)、远程站(remote station)、接入点(accesspoint)、远程终端(remote terminal)、接入终端(access terminal)、用户终端(userterminal)、用户代理(user agent)、用户设备(user device)、或用户装备(userequipment)等等。终端设备可以是移动终端,如移动电话(或称为“蜂窝”电话)和具有移动终端的计算机,例如,可以是便携式、袖珍式、手持式、计算机内置的或者车载的移动装置,它们与无线接入网交换语言、数据。例如,终端设备还可以是个人通信业务(personalcommunication service,PCS)电话、无绳电话、会话发起协议(session initiationprotocol,SIP)话机、无线本地环路(wireless local loop,WLL)站、个人数字助理(personal digital assistant,PDA)、等设备。常见的终端设备例如包括:手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、移动互联网设备(mobile internet device,MID)、可穿戴设备,例如智能手表、智能手环、计步器等,但本申请实施例不限于此。本申请实施例中涉及的终端设备还可以是未来演进的PLMN中出现的终端设备等,本申请实施例对此并不限定。

此外,在本申请实施例中,终端设备还可以是IoT系统中的终端设备,IoT是未来信息技术发展的重要组成部分,其主要技术特点是将物品通过通信技术与网络连接,从而实现人机互连,物物互连的智能化网络。在本申请实施例中,IoT技术可以通过例如窄带(narrow band,NB)技术,做到海量连接,深度覆盖,终端省电。

此外,在本申请实施例中,终端设备还可以包括智能打印机、火车探测器、加油站等传感器,主要功能包括收集数据(部分终端设备)、接收网络设备的控制信息与下行数据,并发送电磁波,向网络设备传输上行数据。

本申请实施例中所涉及的网络设备,是网络侧的一种用于发射或接收信号的实体。本申请实施例中的网络设备可以是无线网络中的设备,例如将终端接入到无线网络的RAN节点。例如,网络设备可以是LTE中的演进型基站(evolutional Node B,eNB或e-NodeB),还可以是新无线控制器(new radio controller,NR controller),可以是5G系统中的gNode B(gNB),可以是集中式网元(centralized unit,CU),可以是新无线基站,可以是射频拉远模块,可以是微基站,可以是中继(relay),可以是分布式网元(distributedunit,DU),可以是家庭基站,可以是传输接收点(transmission reception point,TRP)或传输点(transmission point,TP)或者任何其它无线接入设备,但本申请实施例不限于此。网络设备可以覆盖1个或多个小区。

需要说明的是,随着技术的不断发展,本申请实施例的术语有可能发生变化,但都在本申请的保护范围之内。

为了使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请实施例作进一步地详细描述。

本申请实施例描述的网络架构以及业务场景是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案,并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定,本领域普通技术人员可知,随着网络架构的演变和新业务场景的出现,本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题,同样适用。

基于上述分析,提出以下各具体实施例。本申请以下实施例所提供的波束对准过程,用以约束基站和终端的波束扫描行为,以提高窄波束对准精度和速度。其中,方法和装置是基于同一技术构思的,由于方法及装置解决问题的原理相似,因此装置与方法的实施可以相互参见,重复之处不再赘述。

如图5所示,为本申请实施例提供的一种波束对准过程。

步骤501,终端设备向网络设备发送第一上行信号。其中,第一上行信号可以包括上行数据信息或者系统信息。

步骤502,网络设备根据接收的第一上行信号,计算第一上行信号对应的共轭相位。

具体地,可以由网络设备的共轭相位处理装置根据第一上行信号的来波方向,计算第一上行信号对应的共轭相位。

步骤503,网络设备根据共轭相位,将与第一上行信号的来波方向相反的窄波束确定为目标下行发送波束。其中,该目标下行发送波束的指向与来波方向相反。

步骤504,网络设备通过目标下行发送波束与终端设备通信。

在一种可能的实施例中,在执行步骤501之前,网络设备使用不同指向的固定宽波束向所述终端设备发射无线信号,不同指向的固定宽波束的指向集合可以覆盖所述网络设备的信号覆盖区域。即网络设备执行波束扫描过程,终端设备可以根据波束扫描结果,从中确定出接收功率最大的窄波束为目标接收波束,并向网络设备上报第二上行信号,该第二上行信号包括终端设备的目标下行接收波束的测量结果(例如信号接收功率),或终端设备的目标下行接收波束的标识(例如波束ID)。这样,网络设备就可以根据第二上行信号,确定与目标下行发送波束对准的目标下行接收波束,从而实现窄波束对准。

在一种可能的实施例中,在终端设备移动时,网络设备还可以进行波束跟踪,即网络设备根据来自终端设备的第三上行信号,确定计算第三上行信号对应的共轭相位;从而网络设备根据第三上行信号对应的共轭相位,调整目标波束为与第三上行信号的来波方向相反的窄波束。这样,网络设备不用解析来波信号的具体内容,就可以自动调整网络设备的发射无线信号指向来波方向,从而简化扫描流程,完成窄波束对齐和波束跟踪。

还应理解,本申请实施例执行上述步骤之前,终端设备已经通过初始接入过程注册到网络设备,网络设备对终端设备的标识(UE ID)、位置信息(终端的方向角、坐标)是已知的。

图6示例性地示出了基站和UE之间分阶段的波束对准方法,针对下行波束训练过程,包括以下步骤。

1)、第一阶段的粗扫描过程:如图6中的(a),基站使用少量的宽波束覆盖整个小区,小区内的UE通过接收波束扫描的方式,确定当前最优接收宽波束,例如将接收功率最大的波束确定为最优接收宽波束,UE将该最优接收宽波束确定为第二阶段的初始中心接收波束。

2)、第二阶段的细扫描过程:如图6中的(b),UE基于第一阶段确定的初始中心接收波束进行窄波束扫描,UE测量并向基站侧上报最优接收波束对应的测量结果,例如RSRP。基站侧中的共轭处理装置检测到UE的来波信号之后,实时计算出来波的共轭相位,并将与来波反方向的窄波束确定为基站侧的发送波束,基站侧使用该发送波束,将向UE发送的无线信号调制到该当前的共轭相位上向UE发送。基站侧的发送波束和UE侧的接收波束完成对准。

从图中可见,UE在第二阶段中确定的接收波束的宽度比第一阶段过程中确定的接收波束的宽度小。

3)、第三阶段的精对准过程:如图6中的(c),UE侧向最优窄波束收敛调整,当UE收敛到最优窄波束时,向基站侧反馈最优窄波束ID,基站根据来自UE侧的发送信号,实时自动计算共轭相位,确定与共轭相位对应的发送波束,此时,UE和基站完成了窄波束的精对准。

4)、第四阶段的波束跟踪过程:如图6中的(d),UE发生移动时,基站根据接收的来自UE的上行信号,实时计算出来波的共轭相位,并将与来波反方向的窄波束确定为基站侧的发送波束,基站侧使用该发送波束,将向UE发送的无线信号调制到该当前的共轭相位上向UE发送。即基站基于第二阶段或第三阶段所确定的发送波束,自动跟踪UE的波束指向变化,实现基站的发送波束始终与UE来波方向反向。

如图7所示,为本申请实施例提供的一种波束对准过程。

步骤701,网络设备向终端设备发送第一下行信号。其中,第下行信号可以包括下行数据信息或者系统信息。

步骤702,终端设备根据接收的第一下行信号,计算第一下行信号对应的共轭相位。

具体地,终端设备的共轭相位处理装置根据第一下行信号的来波方向,计算第一下行信号对应的共轭相位。

步骤703,终端设备根据共轭相位,将与第一下行信号的来波方向相反的窄波束确定为目标上行发送波束。

其中,该目标上行发送波束的指向与来波方向相反。

步骤504,终端设备通过目标上行发送波束与网络设备通信。

在一种可能的实施例中,在执行步骤701之前,终端设备使用不同指向的固定宽波束向所述网络设备发射无线信号,不同指向的固定宽波束的指向集合可以覆盖所述网络设备的信号覆盖区域。即终端设备执行波束扫描过程,网络设备可以根据波束扫描结果,从中确定出接收功率最大的窄波束为目标接收波束,并向终端设备上报第二下行信号,该第二下行信号包括网络设备的目标上行接收波束的测量结果(例如信号接收功率),或网络设备的目标上行接收波束的标识(例如波束ID)。这样,终端设备就可以根据第二下行信号,确定与目标上行发送波束对准的目标上行接收波束,从而实现窄波束对准。

在一种可能的实施例中,在终端设备移动时,终端设备还可以进行波束跟踪,即终端设备根据来自网络设备的第三下行信号,确定计算第三下行信号对应的共轭相位;从而终端设备根据第三下行信号对应的共轭相位,调整目标波束为与第三下行信号的来波方向相反的窄波束。这样,终端设备不用解析来波信号具体内容,就可以自动调整终端设备的发射无线信号指向来波方向,从而简化扫描流程,完成窄波束对齐和波束跟踪。

还应理解,本申请实施例执行上述步骤之前,终端设备已经通过初始接入过程注册到网络设备,网络设备对终端设备的标识(UE ID)、位置信息(终端的方向角、坐标)是已知的。

下面示例性地示出了基站和UE之间分阶段的波束对准方法,上行波束训练过程与下行波束训练过程类似,针对上行波束训练过程,包括以下步骤。

1)、第一阶段的粗扫描过程:如图6中的(a),UE使用少量的宽波束覆盖整个小区,基站通过接收波束扫描的方式,确定当前最优接收宽波束,例如将接收功率最大的波束确定为最优接收宽波束,基站将该最优接收宽波束确定为第二阶段的初始中心接收波束。

2)、第二阶段的细扫描过程:如图6中的(b),基站基于第一阶段确定的初始中心接收波束进行窄波束扫描,基站测量并向UE侧上报最优接收波束对应的测量结果,例如RSRP。UE侧中的共轭处理装置检测到基站的来波信号之后,实时计算出来波的共轭相位,并将与来波反方向的窄波束确定为UE侧的发送波束,UE侧使用该发送波束,将向基站发送的无线信号调制到该当前的共轭相位上向基站发送。基站侧的接收波束和UE侧的发送波束完成对准。

从图中可见,基站在第二阶段中确定的接收波束的宽度比第一阶段过程中确定的接收波束的宽度小。

3)、第三阶段的精对准过程:如图6中的(c),基站侧向最优窄波束收敛调整,当基站收敛到最优窄波束时,向UE侧反馈最优窄波束ID,UE根据来自基站侧的发送信号,实时自动计算共轭相位,确定与共轭相位对应的发送波束,此时,UE和基站完成了窄波束的精对准。

4)、第四阶段的波束跟踪过程:如图6中的(d),UE发生移动时,UE根据接收的来自基站的下行信号,实时计算出来波的共轭相位,并将与来波反方向的窄波束确定为UE侧的发送波束,UE侧使用该发送波束,将向基站发送的无线信号调制到该当前的共轭相位上向基站发送。即UE基于第二阶段或第三阶段所确定的发送波束,完成与基站的波束的自动对准,实现UE的发送波束始终与基站来波方向反向。

基于与图5所示方法实施例的同一技术构思,本申请实施例提供一种通信装置。该通信装置的结构可以如图8所示,包括处理模块801以及收发模块802。

一种实现方式中,通信装置具体可以用于实现图5的实施例中网络设备执行的方法,该装置可以是网络设备本身,也可以是网络设备中的芯片或芯片组或芯片中用于执行相关方法功能的一部分。其中,收发模块802,用于接收来自终端设备的第一上行信号。处理模块801,用于计算所述第一上行信号对应的共轭相位,并根据所述共轭相位,将与所述第一上行信号的来波方向相反的窄波束确定为所述网络设备与所述终端设备对准的目标下行发送波束;收发模块802,还用于通过目标下行发送波束与所述终端设备通信。

一些实施例中,收发模块802还用于:接收来自所述终端设备的第二上行信号,所述第二上行信号包括所述终端设备的目标接收波束的测量结果或所述终端设备的目标接收波束的标识。处理模块801,还用于根据所述第二上行信号,确定与所述目标下行发送波束对准的目标下行接收波束。

另一些实施例中,收发模块802接收来自终端设备的第一上行信号之前,还用于:使用不同指向的固定宽波束向所述终端设备发射无线信号,所述不同指向的固定宽波束的指向集合覆盖所述网络设备的信号覆盖区域。

一些实施例中,处理模块801包括共轭相位处理装置,所述共轭相位处理装置能够构建具有波束反向指向性功能的阵列系统;共轭相位处理装置,用于根据所述第一上行信号的来波方向,计算所述第一上行信号对应的共轭相位。

另一些实施例中,收发模块802通过所述目标波束与终端设备通信之后,还用于:根据来自所述终端设备的第三上行信号,计算所述第三上行信号对应的共轭相位;根据第三上行信号对应的共轭相位,调整目标下行发送波束为与所述第三上行信号的来波方向相反的窄波束。

一种实现方式中,通信装置具体可以用于实现图7的实施例中终端设备执行的方法,该装置可以是终端设备本身,也可以是终端设备中的芯片或芯片组或芯片中用于执行相关方法功能的一部分。其中,收发模块802,用于接收来自网络设备的第一下行信号;处理模块801,用于计算所述第一下行信号对应的共轭相位,并根据所述共轭相位,将与所述第一下行信号的来波方向相反的窄波束确定为所述终端设备的目标上行发送波束;接收模块802,还用于通过目标上行发送波束与网络设备通信。

一些实施例中,收发模块802还用于:接收来自所述网络设备的第二下行信号,所述第二下行信号包括所述网络设备的目标接收波束的测量结果或所述网络设备的目标接收波束的标识。处理模块801还用于根据所述第二下行信号,确定与所述目标上行发送波束对准的目标上行接收波束。

一些实施例中,收发模块802接收来自终端设备的第一下行信号之前,还用于:使用不同指向的固定宽波束向网络设备发射无线信号,不同指向的固定宽波束的指向集合覆盖网络设备的信号覆盖区域。

一些实施例中,处理模块801包括共轭相位处理装置,所述共轭相位处理装置能够构建具有波束反向指向性功能的阵列系统;共轭相位处理装置,用于根据所述第一下行信号的来波方向,计算所述参考信号对应的共轭相位。

另一些实施例中,收发模块802通过目标波束与所述终端设备通信之后,所述处理模块801还用于:根据来自所述网络设备的第三下行信号,计算所述第三下行信号对应的共轭相位;并根据所述第三下行信号对应的共轭相位,调整所述目标上行发送波束为与所述第三下行信号的来波方向相反的窄波束。

本申请实施例中对模块的划分是示意性的,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,另外,在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理器中,也可以是单独物理存在,也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。可以理解的是,本申请实施例中各个模块的功能或者实现可以进一步参考方法实施例的相关描述。

一种可能的方式中,通信装置可以如图9所示,该通信装置可以是通信设备或者通信设备中的芯片,其中,通信设备可以为终端设备,也可以为网络设备。该装置可以包括处理器901,通信接口902,存储器903。其中,处理模块801可以为处理器901。收发模块802可以为通信接口902。

处理器901,可以是一个中央处理模块(central processing unit,CPU),或者为数字处理模块等等。通信接口902可以是收发器、也可以为接口电路如收发电路等、也可以为收发芯片等等。该装置还包括:存储器903,用于存储处理器901执行的程序。存储器903可以是非易失性存储器,比如硬盘(hard disk drive,HDD)或固态硬盘(solid-state drive,SSD)等,还可以是易失性存储器(volatile memory),例如随机存取存储器(random-accessmemory,RAM)。存储器903是能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质,但不限于此。

处理器901用于执行存储器903存储的程序代码,具体用于执行上述处理模块801的动作,本申请在此不再赘述。通信接口902具体用于执行上述收发模块802的动作,本申请在此不再赘述。

本申请实施例中不限定上述通信接口902、处理器901以及存储器903之间的具体连接介质。本申请实施例在图9中以存储器903、处理器901以及通信接口902之间通过总线904连接,总线在图9中以粗线表示,其它部件之间的连接方式,仅是进行示意性说明,并不引以为限。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示,图9中仅用一条粗线表示,但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,用于存储为执行上述处理器所需执行的计算机软件指令,其包含用于执行上述处理器所需执行的程序。

本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

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