[發(fā)明專利]一種高頻通信鏈路的建立方法、系統(tǒng)和電子設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611253349.1
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106851560B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊秀梅;張武雄;張夢瑩;楊旸
• 申請（專利權(quán)）人: 上海無線通信研究中心
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W16/18;H04W16/28;H04W64/00;H04W76/10
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 馮華

本發(fā)明提供一種高頻通信鏈路的建立方法、系統(tǒng)和電子設(shè)備，包括：建立與第一基站的低頻通信鏈路，交互獲取第一基站和終端的地理位置；計(jì)算與第一基站的物理距離以及高頻段波束的接收初始范圍；在接收初始范圍內(nèi)，接收第一基站從搜索初始范圍內(nèi)發(fā)出的高頻段波束；其中，搜索初始范圍是根據(jù)物理距離計(jì)算獲得的；在接收初始范圍內(nèi)進(jìn)行高頻段波束搜索，并與第一基站進(jìn)行信息交互，直至獲取最強(qiáng)接收信號波束對；在最強(qiáng)接收信號波束對上建立與第一基站的高頻通信鏈路。本發(fā)明利用高低頻地理位置共享，估算搜索和接收初始范圍，將全空間搜索降低到初始范圍定向搜索，降低搜索的復(fù)雜度、縮短時(shí)延和減小開銷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無線通信領(lǐng)域，特別是涉及一種高頻通信鏈路的建立方法、系統(tǒng)和電子設(shè)備。

背景技術(shù)

隨著無線通信技術(shù)的高速發(fā)展以及人們對無線通信要求的不斷提高，傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)(如3G，4G)已經(jīng)無法滿足需求，因此，5G無線通信網(wǎng)絡(luò)在傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上被提出。在5G無線通信網(wǎng)絡(luò)框架下，大幅度地提升了網(wǎng)絡(luò)容量，優(yōu)化終端用戶體驗(yàn)，是5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。

傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)采用的是無線覆蓋較為好的低頻段(如700-800MHz等)，但隨著無線頻譜的密集分配，低頻段的傳輸對數(shù)據(jù)傳輸容量的限制難以滿足未來5G網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)速率千倍增長的容量需求。因此，高頻段(如毫米波30GHz以及以上頻段)成為了未來無線傳輸?shù)闹匾蜻x頻段，其通過大規(guī)模多天線的窄定向性波束提升信號增益。

在高頻段，例如毫米波頻段上，無線電波體現(xiàn)出與低頻段非常明顯的傳播特性差異，具體表現(xiàn)在：1)高頻信號衰落快，傳播距離相對較近；2)信號易受障礙物阻擋等等。并且，由于高頻段采用的大規(guī)模天線的天線尺寸變小，從而毫米波系統(tǒng)可以配置幾百甚至上千個(gè)天線，通過大規(guī)模天線陣列帶來的定向性傳輸提升信號增益，使得毫米波可以應(yīng)用于室內(nèi)或室外等多種傳輸場景，采用大規(guī)模天線陣列的毫米波傳輸也成為毫米波應(yīng)用的一種主要架構(gòu)形式。

然后，采用數(shù)量較大的天線進(jìn)行高頻段傳輸，若采用傳統(tǒng)低頻段參考信號方式進(jìn)行信道估計(jì)，不僅開銷大，而且估計(jì)復(fù)雜度也高。因此，在該架構(gòu)下，通常采用波束搜索的方式進(jìn)行毫米波信道估計(jì)并建立通信鏈路。然而，毫米波采用大規(guī)模天線陣列后，傳輸波束較窄，波束數(shù)目大，如何快速準(zhǔn)確的找到合適的波束對，降低波束搜索的復(fù)雜度和時(shí)延，是毫米波應(yīng)用的關(guān)鍵問題。

高效對齊發(fā)送端和接收端的高定向性波束是毫米波傳輸面臨的首要問題。目前，主要有以下幾種毫米波波束搜索方式：

1)波束的遍歷性搜索：遍歷性搜索是一種窮搜的方式，通過遍歷發(fā)送端全部波束的方向和接收端的全部波束的方向，尋找接收信號能量最強(qiáng)的波束對。假設(shè)發(fā)送端和接收端各配置N個(gè)方向的波束，那么遍歷性搜索需要進(jìn)行N*N次傳輸。通常N大致與天線數(shù)的數(shù)量級一致，大規(guī)模天線陣時(shí)，顯然，遍歷性搜索的時(shí)延和復(fù)雜度是難以接受的。因此，遍歷性搜索的優(yōu)點(diǎn)是能夠配對最優(yōu)的波束對，缺點(diǎn)是復(fù)雜度高，時(shí)延大。

2)基于碼本結(jié)構(gòu)的多等級搜索：在多多級(multi-level)搜索模式中，波束碼本通常具有分層結(jié)構(gòu)，不同碼本的波束覆蓋范圍不同，經(jīng)過粗搜和細(xì)搜等多級搜索方式完成波束對齊，搜索算法有二分法、樹搜索、扇區(qū)-波束(sector-beam)分層搜索等。相比遍歷性搜索，分級搜索可以有效降低搜索次數(shù)。在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議IEEE 802.11ad和IEEE802.15.3c的高頻段傳輸中均采用了多級搜索的方式。

3)基于波束編碼(beam coding)的搜索方式：收發(fā)端利用Zadeoff-Chu(ZC)等序列的正交特性，在一次波束訓(xùn)練中對多個(gè)正交的定向波束進(jìn)行編碼發(fā)送或接收，并在一次傳輸包中進(jìn)行處理，從而降低訓(xùn)練序列開銷，這提供了降低波束搜索開銷的另一種研究思路。

波束搜索的各種改進(jìn)算法雖然在一定程度上降低了搜索的復(fù)雜度，但是針對毫米波成百甚至上千的窄波束而言，單純利用毫米波單帶進(jìn)行波束搜索，仍然存在較高的時(shí)間延時(shí)和訓(xùn)練信令開銷。

發(fā)明內(nèi)容