具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的放大转发中继的波束对准方法，能够在不解调基站广播的同步信号块情况下，实现精准地波束对准，具有开销小、成本低的特点。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

图1为本发明实施例一种毫米波通信网络中AF中继设备的波束对准方法的流程示意图。

如图1所示，本发明实施例的一种毫米波通信网络中AF中继设备的波束对准方法，包括以下步骤：

S1：AF中继设备初始化接收波束角度，并采用波束赋形技术固定接收波束角度。

S2：AF中继设备判断接收到的波形信号是否包含SSB，若是，则执行S3；

S3：AF中继设备利用启发式算法进行波束对准。

作为一具体实施例，上述S1步骤具体包括：

基站下行波束扫描周期为T，集合A是基站下行波束扫描周期T所有可能取值构成的集合，即T∈A。在5G NR中，集合A＝{5ms,10ms,20ms,40ms,80ms,160ms}。

AF中继设备首先随机初始化波束角度(φ,θ)，其中φ，θ分别代表水平角和垂直角；并采用波束赋形技术，固定接收波束方向。

请参阅图2，作为一具体实施例，上述S2步骤具体包括：

S2-1：AF中继设备检测接收到的波形信号是否满足周期性；

具体而言，首先，AF中继设备依据基站下行波束扫描周期T，设接收波束持续时间为T₁，且为保证检测到的波形中包含2个及以上完整的基站下行波束扫描波形，即保证检测的有效性，则T₁要满足：T₁≥MT(M≥4)。作为一具体示例，假设基站下行波束扫描常用周期T＝20ms，可选地，AF中继设备可以将接收波束持续时间设置为T₁＝80ms进行检测。若基站下行波束扫描最长周期为T＝160ms，可选地，AF中继设备可以将接收波束持续时间设置为T₁＝640ms进行检测。

其次，AF中继设备将接收到的x(t)分为M段，并检测每一段波形信号的最大值及其出现时刻；然后，AF中继设备依据每一段波形信号的最大值及其出现时刻，计算每一段波形信号的周期T2；若每一段波形信号的周期T2相等，则判断所述周期T2是否与所述基站下行波束扫描周期T匹配，即判断T2是否属于集合A；若匹配，即T₂∈A，则判定接收到的波形信号满足周期性，执行S2-2步骤；若或者x(t)不满足周期性(即上述的每一段波形信号的T2不相等)，则返回步骤S2-1。作为一具体示例，以T₁＝80ms为例，毫米波AF中继设备将接收信号以T₃＝20ms为一段，分为4段；检测每一段信号的最大值a_1,i,i∈{0,1,2,3}并记录每段最大值出现的时刻t_1,i,i∈{0,1,2,3}；进一步计算参数k_1,j＝[t_1,j+1+j*T₃]-[t_1,j+(j-1)*T₃],j∈{1,2,3}；若k_1,1＝k_1,2＝k_1,3，则认为接收到的信号满足周期性；进一步计算信号x(t)的周期T₂＝k_1,1＝k_1,2＝k_1,3，并进一步检测接收信号x(t)周期T₂是否与基站下行波束扫描周期相匹配，即T₂是否属于集合A；若T₂∈A，则执行步骤S2-2；若或者x(t)不满足周期性，则返回步骤S2-1。

考虑到空间中可能存在的干扰信号，毫米波AF中继设备进行OFDM调制识别，确定接收到的信号是否为OFDM信号，以提高SSB检测的准确率。本发明使用基于混合矩的多信号与单载波信号识别方案，该方案充分利用多信号具备的渐进高斯性，可以准确地区分单载波信号与多载波信号。进一步的，本发明使用基于循环前缀的方案识别OFDM信号与其他的多载波信号。

S2-2：判断所述波形信号是否为多载波信号；

具体而言，在步骤2-1的基础上，AF中继设备由于固定接收波束方向，即确定了基站下行扫描周期T₂，则其接收波束持续时间为2T₂。假设当前接收信号为x₁(t)，则接收信号x₁(t)经过RF前端模块、下变频器、ADC模块后得到信号x₁(n)。然后，定义参数作为单载波信号与多载波信号的识别参数，其中M_2,1、M_6,3分别表示信号x₁(n)的2，1阶混合矩以及6，3阶混合矩，其计算公式如下：

M_2,1＝E[x×x^*]

M_6,3＝E[x³×(x^*)³]

其中，x^*表示信号x的共轭。

由于多载波信号具有渐进高斯性，其渐进高斯性与子载波的调制方式无关，仅与子载波的数量有关，多载波信号求得的参数p₁小于单载波信号求得的参数p₁。因此，可以根据参数p₁判别该接收信号是否为多载波信号。理想的情况下，多载波信号求得的参数单载波信号求得的p₁≈1。若信号为多载波信号，进一步执行S2-3；若信号为单载波信号，则返回S2-1。

作为一具体示例，在毫米波实际通信场景下，根据信噪比的不同，可以设置一组动态门限值d₁∈[0.17，0.18]，当接收信号p₁≤d时，该信号为多载波信号；当p₁>d时，该信号为单载波信号。

S2-3：判断所述波形信号是否为OFDM信号；

具体而言，毫米波AF中继设备计算信号x₁(n)的相关性，定义接收信号相关值其中，参数M为信号x₁(n)的长度。由于OFDM信号具有循环前缀，因此，在参数k＝0以及k＝N时，接收信号相关值p₂会存在明显峰值，其中参数N为有效数据长度，即一个OFDM符号所包含的子载波个数，而其余多载波信号求出的参数p₂则仅会在k＝0处存在明显峰值。因此，在步骤2-2的基础上，就可以判断接收到的信号是否为OFDM信号；若是OFDM信号，则执行S2-4；若否，则返回S2-1。

作为一具体示例，定义参数其中参数a₂表示p₂第二峰值的大小，n₂为a₂对应的点数。b₂为n₂点数邻近几个点的幅值的均值，可选地，可以选择n₂+2,n₂+1并求出这两个点的均值。进一步地，对于不同信噪比可以设定设定参数d₂∈[0.5,0.7]，若c₂≥d₂则接收到的信号为OFDM信号，继续执行S2-4；否则，则返回S2-1。

S2-4：判断所述波形信号是否包含SSB。

由于SSB由主同步信号(Primary Synchronization Signals,PSS)、辅同步信号(Secondary Synchronization Signals,简称SSS)以及物理广播信道(PhysicalBroadcast Channel)三个部分组成。并且，SSB在时域上共占用4个OFDM符号，在频域上共占用240个子载波，具体地，对于PSS信号，其位于时域上第一个OFDM符号，在频域上占用第56-182个子载波，其余子载波均为0。进一步地，根据5G NR标准，PSS由m序列生成，其生成方式为：

x_pss(n)＝1-2x((n+43a)mod 127),0≤n≤127

其中：

x(i+7)＝(x(i+4)+x(i))mod 2

[x(6) x(5) x(4) x(3) x(2) x(1) x(0)]＝[1 1 1 0 1 1 0]

a∈{0,1,2}，因此共有3种不同PSS序列。

毫米波AF中继设备在本地存储模块中存储PSS序列，其生成方式如上文所述。毫米波AF中继设备将接收序列x₁(n)与本地存储的PSS序列做滑动互相关运算，计算得到p_3,a，a∈{0,1,2}。根据m序列的自相关和互相关特性，PSS的自相关值为1，互相关值在0.2以下。若p_3,a存在明显的自相关特性，则可以判定接收信号中存在SSB信号，执行S3；否则，返回步骤2-1。

作为一具体示例，根据序列p_3,a的最大值与次大值之间的差值就可以判断该信号是否包含SSB。设参数其中参数a₃表示p₂中最大值，参数b₃表示序列p₃中的第二大值，在不同信噪比下设定参数d₃∈[0.5，0.7]，若c₃≥d₃，则判定接收信号中包含SSB。否则，则判定接收信号中不包含SSB。

作为一具体实施例，上述S3步骤运用模拟退火算法来说明：

请参阅图3，运用模拟退火算法的过程具体包括：

S3-1：AF中继设备初始化模拟退火算法参数，所述参数包括初始温度T_SA，温度下限T_SA-min，初始接收波束角度(φ_Initial,θ_Initial)，最大迭代次数L_Iteration以及接收机灵敏度P₀；该步骤也可以在S1之前执行。

S3-2：依据S2的判断结果，若判定包含SSB信号，则令f(φ,θ)＝P_Relay，式中P_Relay为当前接收波束角度的功率；若判定不包含SSB信号，则将接收波束角度对应的接收功率置为0，即f(φ,θ)＝0；因此，可以定义函数

S33：判断是否达到最大迭代次数L_Iteration；

若否，则AF中继设备判断是否P_Relay>P₀；

若是，则返回最优接收波束角度，AF中继设备依据所述最优接收波束角度接收波形信号；

若否，则通过公式T_SA＝αT_SA降低模拟退火算法的温度参数，其中参数α∈(0,1)为衰减因子，并返回S2。

本发明还提供一种AF中继设备，所述放大转发中继设备在毫米波通信网络中中工作时，能够实现上述毫米波通信网络中AF中继设备的波束对准方法中所述AF中继设备所执行的所有步骤。具体步骤内容在此不进行复述，详见上述记载。

请参阅图4，作为一具体实例，所述放大转发中继设备包括：天线模块、双工模块、低噪声放大器模块、变频模块、功率放大模块。特别的，所述放大转发中继设备还包括控制模块，该模块存储接收功率值、PSS序列等信息，该模块还用于识别接收信号中的SSB以及利用模拟退火算法进行波束对准，即实现上述毫米波通信网络中AF中继设备的波束对准方法中所述AF中继设备所执行的所有步骤。

请参阅图5，本发明还提供一种中继系统，该系统包括一个或多个基站(BS)、上述的放大转发中继设备以及一个或多个用户(UE)。图1以只示出了一个BS以及一个UE为例说明，显然地，也可以包括更多的BS以及UE。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

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

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。