CN108684048A - 一种波束管控方法、装置及基站 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种波束管控方法、装置及基站，其中，该波束管控方法包括基于原始子载波间隔配比，并按照预设规则控制大规模天线阵列产生的波束依次扫描并感知基站的周围区域中是否存在用户终端；将所述大规模天线阵列最先扫描且感知到存在用户终端的区域作为基准区域；按照预设子载波扩展规则对原始子载波间隔进行载波扩展，并按照扩展后的子载波间隔调整大规模天线阵列产生的波束进行载波间隔配制；以所述基准区域为起点，调整所述大规模天线阵列的波束相位以使得位于不同波束覆盖区域的用户终端按照扩展后的子载波间隔完成终端接入。本发明能够根据用户终端所处的角度位置来动态调节和利用5GNR的子载波间隔可扩展特性，实现用户终端的接入。

Description

一种波束管控方法、装置及基站

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体而言，涉及一种波束管控方法、装置及基站。

背景技术

随着无线通信业务的飞速发展，未来网络需要考虑更高的数据传输速率，因此3GPP小组演进了New Radio 5G(5GNR)通信技术，尽管3GPP没有把sub 6Ghz频段的部署排除在5G(NR)之外，不过从目前来看很多的频段都被部署在了超高频(毫米波)范围。

其中，考虑电磁波的自然物理特性，如图1所示，当使用低中频段时可以将信号传送至任意方向或者传送至一个相对较广阔的范围，如图1(a)和图1(b)所示。但是当部署在超高频波段时，则需要采用大规模阵列天线，从而导致信号波束具有单一方向指向性如图1(c)所示。在低中频覆盖的范围如果不使用大规模阵列天线，单一天线的传输就可以同时覆盖到很多用户终端(User Equipmen，UE)，但是当信号波束变为指向性的时候，就很难覆盖到很多用户终端了，除非这些所有的终端都汇聚在很近的距离范围，这显然是不现实的。

因此，随着波束赋形在NR下的大规模使用，对于本领域技术人员而言，需要一个特别精准合理的方法来管理和控制波束指向覆盖至散落在GNB(NR Base Station)任意方向的UE终端。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种波束管控方法、装置及基站，能够有效解决上述问题，实现对散落在GNB任意方向的UE终端的覆盖、接入。

为了达到上述目的，本发明较佳实施例提供一种波束管控方法，所述方法包括：

基于原始子载波间隔配比，并按照预设规则控制大规模天线阵列产生的波束依次扫描并感知基站的周围区域中是否存在用户终端；

将所述大规模天线阵列最先扫描且感知到存在用户终端的区域作为基准区域；

按照预设子载波扩展规则对原始子载波间隔进行载波扩展，并按照扩展后的子载波间隔调整大规模天线阵列产生的波束进行载波间隔配制；

以所述基准区域为起点，调整所述大规模天线阵列的波束相位以使得位于不同波束覆盖区域的用户终端按照扩展后的子载波间隔完成终端接入。

在本发明较佳实施例的选择中，按照预设规则控制大规模天线阵列产生的波束依次扫描并感知基站的周围区域中是否存在用户终端的步骤包括：

基于预设时间帧和预设角度调整所述大规模天线阵列产生的波束的相位以扫描并感知基站的周围区域中是否存在用户终端。

在本发明较佳实施例的选择中，所述预设子载波扩展规则包括：

扩展后的子载波间隔Δf为Δf＝2μ·f(khz)，其中，f为原始子载波间隔，μ＝0,1,2,3,4,5。

在本发明较佳实施例的选择中，当所述波束的相位调整步进值为60度时，各所述波束覆盖区域扩展后的子载波间隔配比为0khz：30khz：60khz：90khz：120khz：150khz。

在本发明较佳实施例的选择中，调整所述大规模天线阵列产生的波束相位的步骤包括：

基于预设时间帧、预设角度和预设旋转方向在360度空间范围内重复调整所述大规模天线阵列产生的波束相位。

本发明较佳实施例还提供一种波束管控装置，所述装置包括：

终端扫描感知模块，用于基于原始子载波间隔配比，并按照预设规则控制大规模天线阵列产生的波束依次扫描并感知基站的周围区域中是否存在用户终端；

基准区域确定模块，用于将所述大规模天线阵列最先扫描且感知到存在用户终端的区域作为基准区域；

载波间隔扩展模块，用于按照预设子载波扩展规则对原始子载波间隔进行载波扩展，并按照扩展后的子载波间隔调整大规模天线阵列产生的波束进行载波间隔配制；

波束相位调整模块，用于以所述基准区域为起点，调整所述大规模天线阵列的波束相位以使得位于不同波束覆盖区域的用户终端按照扩展后的子载波间隔完成终端接入。

在本发明较佳实施例的选择中，所述终端扫描感知模块还用于基于预设时间帧和预设角度调整所述大规模天线阵列的相位以扫描并感知基站的周围区域中是否存在用户终端。

在本发明较佳实施例的选择中，所述预设子载波扩展规则包括：

扩展后的子载波间隔Δf为Δf＝2μ·f(khz)，其中，f为原始子载波间隔，μ＝0,1,2,3,4,5。

在本发明较佳实施例的选择中，当所述波束的相位调整步进值为60度时，各所述波束覆盖区域扩展后的子载波间隔配比为0khz：30khz：60khz：90khz：120khz：150khz。

本发明较佳实施例还提供一种基站，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

所述处理器被配置为：基于原始子载波间隔配比，并按照预设规则控制大规模天线阵列产生的波束依次扫描并感知基站的周围区域中是否存在用户终端；将所述大规模天线阵列最先扫描且感知到存在用户终端的区域作为基准区域；按照预设子载波扩展规则对原始子载波间隔进行载波扩展，并按照扩展后的子载波间隔调整大规模天线阵列产生的波束进行载波间隔配制；以所述基准区域为起点，调整所述大规模天线阵列的波束相位以使得位于不同波束覆盖区域的用户终端按照扩展后的子载波间隔完成终端接入。

与现有技术相比，本发明实施例提供一种波束管控方法、装置及基站，其中，所述波束管控方法中通过对原始的子载波间隔进行扩展，并基于扩展后的子载波间隔进行波束管控和终端接入，能够有效解决在5GNR技术中存在的波束单一指向性问题，提高终端接入效率，保证通信质量。此外，本发明给出的波束管控方法实现简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1(a)、图1(b)和图1(c)分别为现有的单天线低频、多天线中低频以及大规模天线阵列高频情形下的波束覆盖区域示意图。

图2为本发明给出的基站的方框结构示意图。

图3为本发明实施例提供的一种波束管控方法的流程示意图。

图4为本发明实施例提供的一种波束管控装置的功能模块框图。

图标：10-基站；100-波束管控装置；110-终端扫描感知模块；120-基准区域确定模块；130-载波间隔扩展模块；140-波束相位调整模块；200-存储器；300-存储控制器；400-处理器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

如图2所示，为应用本发明较佳实施例提供的波束管控方法和装置的基站10的方框结构示意图，所述基站10包括波束管控装置100、存储器200、存储控制器300以及处理器400。其中，所述存储器200、存储控制器300和处理器400各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件之间通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述波束管控装置100包括至少一个可以软件或固件的形式存储于所述存储器200中或固化在所述基站10的操作系统中的软件功能模块。所述处理器400在所述存储控制器300的控制下访问所述存储器200，以用于执行所述存储器200中存储的可执行模块，例如所述波束管控装置100所包括的软件功能模块及计算机程序等，进而实现本发明实施例中的波束管控方法。

根据实际需求，在本实施例中，所述基站10中的处理器400可被配置为：基于原始子载波间隔配比，并按照预设规则控制大规模天线阵列产生的波束依次扫描并感知基站10的周围区域中是否存在用户终端；将所述大规模天线阵列最先扫描且感知到存在用户终端的区域作为基准区域；按照预设子载波扩展规则对原始子载波间隔进行载波扩展，并按照扩展后的子载波间隔调整大规模天线阵列产生的波束进行载波间隔配制；以所述基准区域为起点，调整所述大规模天线阵列的波束相位以使得位于不同波束覆盖区域的用户终端按照扩展后的子载波间隔完成终端接入。应注意，关于所述处理器400在执行上述过程中涉及的对应方法和步可参照下述波束管控方法的具体描述，本实施例在此不再赘述。

在此应当理解的是，图2所示的基站10的结构仅为示意，如所述基站10可以具有比图2所示更多或者更少的组件，或者具有与图2所示不同的配置。其中，图2所示的各组件可以由软件、硬件或者其组合实现。

另外，在本实施例中，所述基站10上设置有用于产生单一指向性波束的大规模天线阵列，其中，关于所述天线阵列中各天线阵元的实际排列方式等可根据实际需求进行灵活设置，本实施例在此不做赘述。

如图3所示，为本发明较佳实施例提供的一种波束管控方法的流程示意图，所述波束管控方法应用于图2中所示的基站10。下面将结合图3对所述显示模式切换方法的具体流程及步骤进行详细阐述。在此需要说明的是，本实施例给出的波束管控方法的实际实施步骤不以图3以下述顺序为限制。

步骤S11，基于原始子载波间隔配比，并按照预设规则控制大规模天线阵列产生的波束依次扫描并感知基站10的周围区域中是否存在用户终端；

步骤S12，将所述大规模天线阵列最先扫描且感知到存在用户终端的区域作为基准区域；

步骤S13，按照预设子载波扩展规则对原始子载波间隔进行载波扩展，并按照扩展后的子载波间隔调整大规模天线阵列产生的波束进行载波间隔配制；

步骤S14，以所述基准区域为起点，调整所述大规模天线阵列的波束相位以使得位于不同波束覆盖区域的用户终端按照扩展后的子载波间隔完成终端接入。

在本实施例中，基于上述步骤S11-步骤S14中给出的波束管控方法，是通过对subcarrier frame structure(副载波帧结构)的分配来解决现有技术中存在的基站10产生的具有单一指向性波束无法实现对散落于其附近的用户终端进行有效覆盖、接入的问题。具体地，在本实施例中，可通过前述步骤S11-步骤S14中给出的精准、合理的波束管控方法来管理、控制波束指向以覆盖到散落于GNB(NR Base Station,5G基站)任意方向的用户终端，实现用户终端的接入。

在此需要说明的是，由于波束管控方法可以是但不限于下述几种实现情形：如可针对在同步信号的过程中实现，又如可以在用户终端的初始化随机接入过程中实现，又如还可在用户终端处于连接态的时候实现等。对此，为了对本实施例中给出的波束管控方法进行更加清楚、明了的介绍，本实施例中以“用户终端处于开机准备同步过程以及后续连接态中”实现波束管控方法，具体为：通过Gnb(NR Base Station，NR基站)对UE接入时的波束进行管理控制，其中，设置于基站10上的大规模阵列天线产生的波束应该能被在Gnb附近的所有用户终端感知到。

具体地，步骤S11中，在基于预设规则调整所述大规模天线阵列产生的波束的相位以感知、扫描位于基站10附近区域的用户终端时，所述预设规则可以是但不限于：基于预设时间帧和预设角度调整所述大规模天线阵列产生的波束的相位以扫描并感知基站10的周围区域中是否存在用户终端。其中，所述预设时间帧和所述预设角度可根据实际需求进行灵活设定，例如，所述预设角度可以是但不限于60度等。实际实施时，在一个预设时间帧下，所述波束指向基站10附近的一个特定区域中的用户终端，紧接着下一个预设时间帧指向另一个区域的用户终端，那么在整个Radio Frame帧下，可通过波束扫描到整个其应该覆盖到的范围。

另外，在进行用户终端扫描时，还可按照预设扫描顺序实现扫描，如顺/逆时针方向调整波束相位等。可选地，步骤S11中的所述原始子载波间隔可以是15khz等，本实施例在此不做限制。在此需要说明的是，步骤S11-步骤S14中所述的基站10均为Gnb。

进一步地，由于5GNR下的子载波间隔是可以扩展的，因此，在本实实施例给出的步骤S12-步骤S14中，所述预设子载波扩展规则可以包括：扩展后的子载波间隔Δf为Δf＝2μ·f(khz)，其中，f为原始子载波间隔，μ＝0,1,2,3,4,5。

具体地，在实际实施时，当GNB阵列波束扫描到第一个接入用户终端时，将当前波束覆盖区域记为μ＝0，而此时位于当前波束覆盖区域中的用户终端处在子帧15khz配置下接收此波束，但由于5GNR下可扩展的子载波间隔，当μ＝1时，采用扩展后的子载波间隔Δf＝2×1×15＝30khz发射的在第一个接入Gnb的用户终端360°/6＝60°顺时针方向上接收扫描的波束，以此类推，当μ＝5时采用Δf＝2×5×15＝150khz的子载波间隔的用户终端，在第一个接入Gnb的UE位置下接收波束扫描完成接入步骤。换言之，在本实施例中，当所述波束的相位调整步进值为60度时，各所述波束覆盖区域扩展后的子载波间隔配比为0khz：30khz：60khz：90khz：120khz：150khz。

可以理解的是，在本实施例中，只是用户终端会根据时间帧单位列队进行接入波束的接收，从而完成5G的同步接入过程。即对于360°空间范围内的所有用户终端UE，只需将第一个接入Gnb的UE作为基准，即可依次按照本实施例中给出的波束管控方法配置用户终端的子载波间隔，进而完成终端接入。

进一步地，根据实际需求，上述步骤S14中调整所述大规模天线阵列产生的波束相位的步骤可以包括：基于预设时间帧、预设角度和预设旋转方向在360度空间范围内重复、顺序调整所述大规模天线阵列产生的波束的波束相位。其中，所述预设时间帧、预设角度和预设旋转方向可以与上述步骤S11中的预设规则相同，也可以不同，本实施例在此不做赘述。

在此可以理解的是，本实施例中通过灵活的根据用户终端所处的位置来动态调节和利用5G NR的子载波间隔可扩展特性，并结合基站10附近区域空间中用户终端所处的维度以充分利用了波束赋形技术，有效解决用户终端处于不同子载波间隔下配比情况下在空间360度接收波束的角度的问题，即所述基站10会根据用户终端所处的角度位置来动态调节用户终端的子载波间隔，实现用户终端的覆盖和接入。

进一步地，请参阅图4，本发明实施例还提供一种波束管控装置100，应用于图2所示的基站10。所述波束管控装置100包括终端扫描感知模块110、基准区域确定模块120、载波间隔扩展模块130和波束相位调整模块140。

所述终端扫描感知模块110，用于基于原始子载波间隔配比，并按照预设规则控制大规模天线阵列产生的波束依次扫描并感知基站10的周围区域中是否存在用户终端；本实施例中，关于所述终端扫描感知模块110的描述具体可参考对图3中所示的步骤S11的详细描述，也即，所述步骤S11可以由所述终端扫描感知模块110执行。

所述基准区域确定模块120，用于将所述大规模天线阵列最先扫描且感知到存在用户终端的区域作为基准区域；本实施例中，关于所述基准区域确定模块120的描述具体可参考对图3中所示的步骤S12的详细描述，也即，所述步骤S12可以由所述基准区域确定模块120执行。

所述载波间隔扩展模块130，用于按照预设子载波扩展规则对原始子载波间隔进行载波扩展，并按照扩展后的子载波间隔调整大规模天线阵列产生的波束进行载波间隔配制；本实施例中，关于所述载波间隔扩展模块130的描述具体可参考对图3中所示的步骤S13的详细描述，也即，所述步骤S13可以由所述载波间隔扩展模块130执行。

所述波束相位调整模块140，用于以所述基准区域为起点，调整所述大规模天线阵列的波束相位以使得位于不同波束覆盖区域的用户终端按照扩展后的子载波间隔完成终端接入；本实施例中，关于所述波束相位调整模块140的描述具体可参考对图3中所示的步骤S14的详细描述，也即，所述步骤S14可以由所述波束相位调整模块140执行。

综上所述，本发明实施例提供一种波束管控方法、装置及基站10，其中，所述波束管控方法中通过对原始的子载波间隔进行扩展，并基于扩展后的子载波间隔进行波束管控和终端接入，能够有效解决在5GNR技术中存在的波束单一指向性问题，提高终端接入效率，保证通信质量。此外，本发明给出的波束管控方法实现简单。

在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波束管控方法，其特征在于，所述方法包括：

基于原始子载波间隔配比，并按照预设规则控制大规模天线阵列产生的波束依次扫描并感知基站的周围区域中是否存在用户终端；

将所述大规模天线阵列最先扫描且感知到存在用户终端的区域作为基准区域；

按照预设子载波扩展规则对原始子载波间隔进行载波扩展，并按照扩展后的子载波间隔调整大规模天线阵列产生的波束进行载波间隔配制；

以所述基准区域为起点，调整所述大规模天线阵列的波束相位以使得位于不同波束覆盖区域的用户终端按照扩展后的子载波间隔完成终端接入。

2.根据权利要求1所述的波束管控方法，其特征在于，按照预设规则控制大规模天线阵列产生的波束依次扫描并感知基站的周围区域中是否存在用户终端的步骤包括：

基于预设时间帧和预设角度调整所述大规模天线阵列产生的波束的相位以扫描并感知基站的周围区域中是否存在用户终端。

3.根据权利要求1所述的波束管控方法，其特征在于，所述预设子载波扩展规则包括：

扩展后的子载波间隔Δf为Δf＝2μ·f(khz)，其中，f为原始子载波间隔，μ＝0,1,2,3,4,5。

4.根据权利要求3所述的波束管控方法，其特征在于，当所述波束的相位调整步进值为60度时，各所述波束覆盖区域扩展后的子载波间隔配比为0khz：30khz：60khz：90khz：120khz：150khz。

5.根据权利要求1所述的波束管控方法，其特征在于，调整所述大规模天线阵列产生的波束相位的步骤包括：

基于预设时间帧、预设角度和预设旋转方向在360度空间范围内重复调整所述大规模天线阵列产生的波束相位。

6.一种波束管控装置，其特征在于，所述装置包括：

终端扫描感知模块，用于基于原始子载波间隔配比，并按照预设规则控制大规模天线阵列产生的波束依次扫描并感知基站的周围区域中是否存在用户终端；

基准区域确定模块，用于将所述大规模天线阵列最先扫描且感知到存在用户终端的区域作为基准区域；

载波间隔扩展模块，用于按照预设子载波扩展规则对原始子载波间隔进行载波扩展，并按照扩展后的子载波间隔调整大规模天线阵列产生的波束进行载波间隔配制；

波束相位调整模块，用于以所述基准区域为起点，调整所述大规模天线阵列的波束相位以使得位于不同波束覆盖区域的用户终端按照扩展后的子载波间隔完成终端接入。

7.根据权利要求6所述的波束管控装置，其特征在于，所述终端扫描感知模块还用于基于预设时间帧和预设角度调整所述大规模天线阵列的相位以扫描并感知基站的周围区域中是否存在用户终端。

8.根据权利要求6所述的波束管控装置，其特征在于，所述预设子载波扩展规则包括：

扩展后的子载波间隔Δf为Δf＝2μ·f(khz)，其中，f为原始子载波间隔，μ＝0,1,2,3,4,5。

9.根据权利要求8所述的波束管控装置，其特征在于，当所述波束的相位调整步进值为60度时，各所述波束覆盖区域扩展后的子载波间隔配比为0khz：30khz：60khz：90khz：120khz：150khz。

10.一种基站，其特征在于，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

所述处理器被配置为：基于原始子载波间隔配比，并按照预设规则控制大规模天线阵列产生的波束依次扫描并感知基站的周围区域中是否存在用户终端；将所述大规模天线阵列最先扫描且感知到存在用户终端的区域作为基准区域；按照预设子载波扩展规则对原始子载波间隔进行载波扩展，并按照扩展后的子载波间隔调整大规模天线阵列产生的波束进行载波间隔配制；以所述基准区域为起点，调整所述大规模天线阵列的波束相位以使得位于不同波束覆盖区域的用户终端按照扩展后的子载波间隔完成终端接入。