CN110350965B - 波束切换方法、装置及移动终端 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种波束切换方法、装置及移动终端，涉及通信技术领域，方法包括：每隔第一预设时间，测量与基站连接的当前波束的当前信号强度；如果当前信号强度大于预设的强度下限阈值，基于当前信号强度的变化幅度和当前波束与移动终端的所有波束的波束时空相关性，确定从所有波束中选取的多个待选波束对应的最大信号强度；其中，波束时空相关性与移动终端的所处环境和移动终端的运动状态关联；基于最大信号强度和当前信号强度，对移动终端与基站连接的波束进行切换操作。本发明能够缓解现有技术中波束对接时间长、功耗大的技术问题。

Description

波束切换方法、装置及移动终端
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其是涉及一种波束切换方法、装置及移动终端。
背景技术
第五代(5G)通信技术包括了毫米波频段(24250MHz–52600MHz，可能会扩展到更高频段)。为了克服毫米波频段电磁波传播损耗较高的缺点，阵列天线被用在5G毫米波终端中，以满足3GPP标准的对Peak EIRP的要求。为了克服阵列天线波束较窄的缺点，使用波束扫描技术来提高波束的空间覆盖率。在通信过程中，5G毫米波终端需要进行波束扫描以保持与基站波束的连接，波束对接方法直接影响到信号质量和功耗。现有的对接方法，主要依赖于基站侧的控制，在协议栈和编码上进行优化，得不到优异的对接方法，对接需要的时间长，功耗大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波束切换方法、装置及移动终端，以缓解了现有技术中波束对接时间长、功耗大的技术问题。
本发明提供一种波束切换方法，该方法应用于移动终端，包括：每隔第一预设时间，测量与基站连接的当前波束的当前信号强度；如果当前信号强度大于预设的强度下限阈值，基于当前信号强度的变化幅度和当前波束与移动终端的所有波束的波束时空相关性，确定从所有波束中选取的多个待选波束对应的最大信号强度；其中，波束时空相关性与移动终端的所处环境和移动终端的运动状态关联；基于最大信号强度和当前信号强度，对移动终端与基站连接的波束进行切换操作。
进一步的，基于当前信号强度的变化幅度和当前波束与移动终端的所有波束的波束时空相关性，确定从所有波束中选取的多个待选波束对应的最大信号强度的步骤，包括：获取当前所处环境下移动终端的所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性；按照波束时空相关性，将所有波束进行顺序排列；基于当前信号强度的变化幅度及移动终端的当前移动速度，从顺序排列的所有波束中选择预设个数的待选波束；测量多个待选波束对应的信号强度，将测量结果中的最大信号强度确定为多个待选波束对应的最大信号强度。
进一步的，获取当前所处环境下移动终端的所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性的步骤，包括：每隔第二预设时间，获取移动终端的所处环境和运动状态；运动状态包括：移动速度和移动方向；判断移动速度是否小于预设的速度阈值；如果是，获取当前所处环境下移动终端的所有波束分别与当前波束的空间相关性，将空间相关性作为所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性；如果否，基于运动状态对当前所处环境下所有波束分别与当前波束的空间相关性进行加权，生成所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性。
进一步的，基于运动状态对所有波束分别与当前波束的空间相关性进行加权，生成所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性的步骤，包括：通过以下矩阵关系式，计算所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性：[SCdynamic]＝[SCstatic]+[Ispace]×[Sweight]；
其中，[SCdynamic]表示所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性；[SCstatic]表示所有波束分别与当前波束之间的波束空间相关性；[Ispace]表示所有波束分别与当前波束之间的位置关系，[Sweight]表示运动状态对应的权重。
进一步的，基于当前信号强度的变化幅度及移动终端的当前移动速度，从顺序排列的所有波束中选择预设个数的待选波束的步骤，包括：如果当前信号强度的变化幅度介于预设的强度范围内，每隔指定个数波束，从顺序排列的所有波束中选择预设个数的波束，作为第一待选波束；其中，选择出的波束与当前波束的波束时空相关性大于未被选出的波束与当前波束的波束时空相关性；如果当前信号强度的变化幅度大于强度范围的最大值，每隔指定个数波束，从顺序排列的所有波束中选择预设个数的波束，作为第二待选波束；其中，选择出的波束与当前波束的波束时空相关性小于未被选出的波束与当前波束的波束时空相关性；其中，指定个数和预设个数均与当前移动速度成正比。
进一步的，基于最大信号强度和当前信号强度，对移动终端与基站连接的波束进行切换操作的步骤，包括：判断最大信号强度是否大于当前信号强度；如果是，且最大信号强度与当前信号强度的差值大于预设的波束切换阈值，将当前波束切换至最大信号强度对应的波束；如果否，将所有波束中信号强度的最大值更新为最大信号强度，继续执行判断最大信号强度是否大于当前信号强度的步骤。
进一步的，上述方法还包括：如果最大信号强度大于当前信号强度，且最大信号强度与当前信号强度的差值小于预设的波束切换阈值，判断最大信号强度是否为所有波束中信号强度的最大值；如果是，保持当前波束与基站的连接；如果否，将所有波束中信号强度的最大值更新为最大信号强度，继续执行判断最大信号强度是否大于当前信号强度的步骤。
进一步的，上述方法还包括：每隔第一预设时间，测量当前波束的MTPL；如果当前信号强度大于预设的强度下限阈值，且当前信号强度的变化幅度小于预设的强度范围的最低值，判断MTPL是否小于最大功率发射限制阈值；如果是，保持当前波束与基站连接；如果否，继续执行判断最大信号强度是否大于当前信号强度的步骤。
进一步的，上述方法还包括：如果当前信号强度小于强度下限阈值，扫描所有波束，将所有波束中信号强度最大的波束作为目标切换波束，并将当前波束切换至目标切换波束，以使目标切换波束与基站连接。
本发明还提供一种波束切换装置，该装置应用于移动终端，包括：信息测量模块，用于每隔第一预设时间，测量与基站连接的当前波束的当前信号强度；最大信号强度确定模块，用于如果当前信号强度大于预设的强度下限阈值，基于当前信号强度的变化幅度和当前波束与移动终端的所有波束的波束时空相关性，确定从所有波束中选取的多个待选波束对应的最大信号强度；其中，波束时空相关性与移动终端的所处环境和移动终端的运动状态关联；波束切换模块，用于基于最大信号强度和当前信号强度，对移动终端与基站连接的波束进行切换操作。
进一步的，上述最大信号强度确定模块包括：相关性获取模块，用于获取当前所处环境下移动终端的所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性；波束排序模块，用于按照波束时空相关性，将所有波束进行顺序排列；波束选择模块，用于基于当前信号强度的变化幅度及移动终端的当前移动速度，从顺序排列的所有波束中选择预设个数的待选波束；信号测量模块，用于测量多个待选波束对应的信号强度，将测量结果中的最大信号强度确定为多个待选波束对应的最大信号强度。
本发明还提供一种移动终端，该移动终端包括：场景识别器、空间信息传感装置、多个毫米波天线模组及上述的波束切换装置；波束切换装置分别与场景识别器、空间信息传感装置及多个毫米波天线模组连接；其中，每个毫米波天线模组进行多个波束扫描；场景识别器用于识别移动终端的所处环境；空间信息传感装置用于采集移动终端的运动状态。
本发明提供的波束切换方法、装置及移动终端，均可以每隔一段时间，测量与基站连接的当前波束的当前信号强度，在当前信号强度不是很小的情况下，基于当前信号强度的变化幅度和当前波束与移动终端的所有波束的波束时空相关性，确定从所有波束中选取的多个待选波束对应的最大信号强度，最后再基于上述最大信号强度和当前信号强度，对移动终端与基站连接的波束进行切换操作。上述波束时空相关性与移动终端的所处环境和移动终端的运动状态相关联，即考虑到了周围环境对终端天线的影响及终端自身的运动状态的影响，能够使移动终端确定出在当前终端所处环境及运动状态下的最合适的切换波束，从而提高终端与基站连接的信号的稳定性，此外，该方法是从所有波束中选择一部分待选波束来确定最大信号强度，可以减少扫描空间，降低功耗，减少波束的切换时间，使移动终端快速切换到最合适的波束。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
图1为本发明实施例提供的一种波束切换方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的另一种波束切换方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的另一种波束切换方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的一种建立动态相关性表的示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种波束切换方法的流程图；
图6为本发明实施例提供的另一种波束切换方法的流程图；
图7为本发明实施例提供的另一种波束切换方法的流程图；
图8为本发明实施例提供的一种波束切换装置的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的另一种波束切换装置的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的一种移动终端的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种毫米波天线模组的示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
第五代(5G)通信技术包括了毫米波频段(24250MHz–52600MHz，可能会扩展到更高频段)。为了克服毫米波频段电磁波传播损耗较高的缺点，阵列天线被用在5G毫米波终端中，以满足3GPP标准的对Peak EIRP的要求。为了克服阵列天线波束较窄的缺点，使用波束扫描技术来提高波束的空间覆盖率。在通信过程中，5G毫米波终端需要进行波束扫描以保持与基站波束的连接，波束对接方法直接影响到信号质量和功耗。
现有的波束对接方法，主要依赖于基站侧的控制，以及在协议栈和编码上优化，忽视了终端的作用，在切换条件上没有做出优化，没有充分考虑和利用终端毫米波波束的物理特性，没有利用波束之间的相关性。同时也没有考虑周围环境对天线影响导致的负面作用。忽视这些因素，将得不到优异的对接方法，对接需要的时间长，功耗大。
基于此，本发明实施例提供一种波束切换方法、装置及移动终端，以缓解上述波束对接时间长、功耗大的技术问题。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种波束切换方法进行详细介绍。
本发明实施例提供一种波束切换方法，该方法可以应用于包括5G毫米波在内的多种波束的波束切换场景，该方法的执行主体为移动终端，参见图1所示，该方法具体包括以下步骤：
步骤S102，每隔第一预设时间，测量与基站连接的当前波束的当前信号强度。
具体实施时，移动终端中设置有多个毫米波天线模组，每个毫米波天线模组可以进行波束扫描的数量为N个。移动终端通过当前波束与基站连接后，会周期性地测量当前波束的当前信号强度，该信号强度可以通过RSRP(Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率)进行表征。上述第一预设时间，也就是当前波束的信号强度的测量周期，可以根据实际情况进行不同的设定。
步骤S104，如果当前信号强度大于预设的强度下限阈值，基于当前信号强度的变化幅度和当前波束与移动终端的所有波束的波束时空相关性，确定从所有波束中选取的多个待选波束对应的最大信号强度；其中，波束时空相关性与移动终端的所处环境和移动终端的运动状态关联。
在测量到当前波束的当前信号强度后，判断该当前信号强度是否大于预设的强度下限阈值，如果比强度下限阈值小，说明当前波束的信号强度已经很小了，可能出现信号丢失的现象。而当前信号强度大于强度下限阈值的时候，说明当前波束的信号强度还可以，这时候，可以基于当前波束在上一次测量时的信号强度，确定当前信号强度的变化幅度，也就是利用当前信号强度减去上一次测量时的信号强度得到的差值。
上述波束时空相关性，由空间相关性和时间相关性组成，空间相关性是指波束之间的相似程度，可由但不限于包络相关系数(Envelope Correlation Coefficient，ECC)描述。时间相关性是指由于移动终端移动带来的波束空间相关性的调整，更具体的说，时间相关性会对波束空间相关性进行加权。波束时空相关性即是通过移动终端在时间上所表现的运动状态对空间相关性进行加权得到。
上述当前波束与移动终端的所有波束的波束时空相关性，可以是实时基于移动终端的所处环境和移动终端的运动状态生成的，也可以是通过预先建立的波束时空相关性表而查找到的，而波束时空相关性表也是基于基于移动终端的所处环境和移动终端的运动状态生成的。所处环境包括：自由空间场景，手握场景和头手场景等使用场景。因此，上述波束时空相关性与移动终端的所处环境和运动状态相关联，也就是说，波束时空相关性的确定过程考虑了移动终端的周围环境的影响及其自身运动状态的影响。
基于当前信号强度的变化幅度和当前波束与移动终端的所有波束的波束时空相关性，确定从所有波束中选取的多个待选波束对应的最大信号强度，也就是考虑了移动终端的周围环境的影响及其自身运动状态的影响的情况下，从移动终端的所有波束中筛选出一部分波束作为待选波束，也就是候选切换波束，进一步通过测量多个待选波束的信号强度，确定出最大信号强度，以为进行后续波束切换提供参考。
上述最大信号强度的确定过程是基于波束时空相关性所筛选出的一部分波束进行的，因此，可以减小波束扫描空间，减小波束切换时间以及减少功耗。
步骤S106，基于最大信号强度和当前信号强度，对移动终端与基站连接的波束进行切换操作。
在移动终端确定出最大信号强度后，再将该最大信号强度和当前信号强度进行比较，以确定是基于回滞策略(回滞是指当变化处于一定范围内时，保持在原来的状态，不进行切换)保持当前波束连接，或是将当前波束切换到最大信号强度对应的波束，亦或者是其它操作。
本发明实施例提供的波束切换方法，每隔一段时间，测量与基站连接的当前波束的当前信号强度，在当前信号强度不是很小的情况下，基于当前信号强度的变化幅度和当前波束与移动终端的所有波束的波束时空相关性，确定从所有波束中选取的多个待选波束对应的最大信号强度，最后再基于上述最大信号强度和当前信号强度，对移动终端与基站连接的波束进行切换操作。上述波束时空相关性与移动终端的所处环境和移动终端的运动状态相关联，即考虑到了周围环境对终端天线的影响及终端自身的运动状态的影响，能够使移动终端确定出在当前终端所处环境及运动状态下的最合适的切换波束，从而提高终端与基站连接的信号的稳定性，此外，该方法是从所有波束中选择一部分待选波束来确定最大信号强度，可以减少扫描空间，降低功耗，减少波束的切换时间，使移动终端快速切换到最合适的波束。
在上述方法中，如何确定最大信号强度，也就是如何找到合适的待切换波束是本方案的重点，下面详细介绍一下最大信号强度的确定过程，参见图2所示，具体包括以下步骤：
步骤S202，获取当前所处环境下移动终端的所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性。
上述波束时空相关性的获取方式可以基于移动终端的所处环境和运动状态及空间相关性直接生成，也可以通过在预先建立的波束时空相关性表中查找得到。
如图3所示，直接生成移动终端的所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性的过程，具体包括以下步骤：
步骤S2022，每隔第二预设时间，获取移动终端的所处环境和运动状态；其中，运动状态包括：移动速度和移动方向。
上述所处环境可以通过移动终端中的场景识别器进行检测，当前所处环境可以为自由空间场景，手握场景和头手场景等多种使用场景中的一种。上述运动状态可以通过移动终端中的空间信息传感装置进行采集。
步骤S2024，判断移动速度是否小于预设的速度阈值。
在获取到上述移动终端的移动速度后，进一步判断该速度是否小于预设的速度阈值，该速度阈值可以根据实际情况进行不同的设定，一般来说，会设置的比较小。
如果移动速度小于预设的速度阈值，说明移动终端几乎可以视为处于静止状态，这种情况下，执行步骤S2026，获取当前所处环境下移动终端的所有波束分别与当前波束的空间相关性，将空间相关性作为所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性。
上述空间相关性可以通过直接测量获得，比如，测量波束与波束之间的ECC，即可作为空间相关性。在本实施例中，移动终端中预先存储有多种终端使用场景下分别对应的波束间的空间相关性，移动终端可以基于当前所处环境，找到对应的波束间的空间相关性，进而也可以得到所有波束分别与当前波束的空间相关性，将所有波束分别与当前波束的空间相关性作为所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性。
如果移动速度大于预设的速度阈值，说明移动终端处于运动状态，这种情况下，执行步骤S2028，基于运动状态对当前所处环境下所有波束分别与当前波束的空间相关性进行加权，生成所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性。
具体的加权过程可以通过以下矩阵关系式来计算，得到所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性：
[SCdynamic]＝[SCstatic]+[Ispace]×[Sweight]；
其中，[SCdynamic]表示所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性；[SCstatic]表示所有波束分别与当前波束之间的波束空间相关性；[Ispace]表示所有波束分别与当前波束之间的位置关系，[Sweight]表示运动状态对应的权重。
这里，也可以把[SCdynamic]看作动态相关性表对应的矩阵，把[SCstatic]看作静态相关性表对应的矩阵，如本发明实施例提供的一种波束相关性表建立方法，参见图4所示，图中31、32、33分别表示自由空间场景、手握场景和头手场景三种移动终端的使用场景，也就是前述的移动终端所处环境。在每种使用场景下，通过电磁仿真或微波暗室测量得到移动终端中各个天线模组的各个波束的方向图，计算两两波束之间的空间相关性。如果空间相关性用ECC表示，则可以直接通过测量得到。
得到每种使用场景下的波束间的空间相关性后，可以生成每种使用场景对应的静态相关性表如图4中的34、35、36，静态相关性表可以用表1或矩阵形式表示。
表1
模组1波束1 模组1波束2 … 模组n波束NN
模组1波束1 1 SC1,1,1,2 … SC1,1,n,NN
… … … … …
模组n波束NN SCn,NN,1,1 SCn,NN,1,2 … 1
其中，SCa,c,a,c＝1，即波束与该波束自身的相关性为1，SCa,c,b,d＝SCb,d,a,c,可用于减少测量或计算的工作量。
静态相关性表的矩阵形式如下：
Figure BDA0002176473040000111
每隔第二预设时间，即图3中的每隔周期Per1，移动终端中的场景识别器或者场景传感器探测移动终端的当前所处环境或使用场景，空间信息传感器给出移动终端的当前运动状态，即运动信息，包括移动速度和移动方向。也就是周期性地获取移动终端的当前所处环境和运动状态。该周期的大小可以根据实际情况进行不同的设定。如果空间信息传感器显示移动终端处于静止中(移动速度<Vmove，Vmove数值根据实际情况决定)，则选择当前所处环境对应的静态相关性表作为动态相关性表；如果空间传感器显示终端处于运动中(移动速度>Vmove)，则对当前所处环境对应的静态相关性表进行加权，生成动态相关性表，该过程可用下式表示：
[SCdynamic]＝[SCstatic]+[Ispace]×[Sweight]；
其中，[SCdynamic]表示动态相关性表对应的矩阵；[SCstatic]表示静态相关性表对应的矩阵；[Ispace]表示各波束之间的位置关系的矩阵，[Sweight]表示运动状态(移动速度和移动方向)相对应的权重。该公式对静态相关性表的修正得到的动态相关性表，要达到如下结果：以现在用于连接的波束a为参考，其他波束，沿着运动方向的波束与波束a的相关性减弱，逆运动方向的波束与波束α的相关性加强。
矩阵Ispace和矩阵Sweight可用但不限于如下方法表示：
Figure BDA0002176473040000121
Figure BDA0002176473040000122
Figure BDA0002176473040000123
其中，
Figure BDA0002176473040000124
代表在以天线模组a的波束c的主瓣方向为x轴的终端平面坐标系上，速度
Figure BDA0002176473040000125
的平面投影单位长度矢量。
Figure BDA0002176473040000126
代表在以天线模组a的波束c的主瓣方向为x轴的终端平面坐标系上，天线模组b的波束c的主瓣方向的单位长度矢量。
通过上述预先建立的动态相关性表，即波束时空相关性表同样可以确定出当前所处环境下移动终端的所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性。
步骤S204，按照波束时空相关性，将所有波束进行顺序排列。
在得到当前所处环境下移动终端的所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性后，按照波束时空相关性的大小，将移动终端的所有波束进行顺序排列，可以是升序排列，也可以是降序排列。
步骤S206，基于当前信号强度的变化幅度及移动终端的当前移动速度，从顺序排列的所有波束中选择预设个数的待选波束。
具体的，如果当前信号强度的变化幅度介于预设的强度范围内，每隔指定个数波束，从顺序排列的所有波束中选择预设个数的波束，作为第一待选波束；其中，选择出的波束与当前波束的波束时空相关性大于未被选出的波束与当前波束的波束时空相关性。如果当前信号强度的变化幅度大于强度范围的最大值，每隔指定个数波束，从顺序排列的所有波束中选择预设个数的波束，作为第二待选波束；其中，选择出的波束与当前波束的波束时空相关性小于未被选出的波束与当前波束的波束时空相关性；上述指定个数和上述预设个数均与当前移动速度成正比。
也就是说，当前信号强度的变化幅度相对来说不是太大的话，可以从所有波束中选择与当前波束的波束时空相关性相对较大的波束，而且选取的过程是每隔指定个数的波束，选择一个，总共选择预设个数的波束。由于波束时空相关性比较接近的波束之间差别会比较小，所以需要间隔几个波束进行波束选择，会更容易找到合适的波束，这样也可以减少计算量，提高反应速度。同理，当前信号强度的变化幅度相对来说比较大的话，可以从所有波束中选择与当前波束的波束时空相关性相对较小的波束，这样，会更容易找到合适的波束。
步骤S208，测量多个待选波束对应的信号强度，将测量结果中的最大信号强度确定为多个待选波束对应的最大信号强度。
移动终端确定出多个待选波束后，进一步测量每个待选波束的信号强度，以确定出最大信号强度。这里只需要扫描一部分波束，测量一部分波束的信号强度，因此，减小了扫描空间，能够快速地找到合适的波束，减少了波束切换时间，从而也降低了功耗。
下面将基于最大信号强度和当前信号强度，对移动终端与基站连接的波束进行切换操作的过程作为重点，对上述波束切换方法进行说明，参见图5所示的波束切换方法的流程图，该方法具体包括以下步骤：
步骤S502，每隔第一预设时间，测量与基站连接的当前波束的当前信号强度。
步骤S504，判断当前信号强度是否大于预设的强度下限阈值。
如果当前信号强度大于预设的强度下限阈值，执行步骤S506，基于当前信号强度的变化幅度和当前波束与移动终端的所有波束的波束时空相关性，确定从所有波束中选取的多个待选波束对应的最大信号强度；其中，波束时空相关性与移动终端的所处环境和移动终端的运动状态关联。这里的最大信号强度的确定过程同上，在此不再赘述。
如果当前信号强度小于预设的强度下限阈值，执行步骤S508，将所有波束中信号强度最大的波束作为目标切换波束，并将当前波束切换至目标切换波束。如果当前信号强度比强度下限阈值还小，说明当前波束的信号强度已经很小了，可能出现信号丢失的现象，这种情况下，会直接扫描所有波束，从所有波束中确定出最大信号强度对应的波束，进行波束切换。
步骤S510，判断最大信号强度是否大于当前信号强度。
如果最大信号强度大于当前信号强度，执行步骤S512，判断最大信号强度与当前信号强度的差值是否大于预设的波束切换阈值。
如果最大信号强度小于当前信号强度，执行步骤S514，将所有波束中信号强度的最大值更新为最大信号强度，并继续执行步骤S510：判断最大信号强度是否大于当前信号强度。
如果最大信号强度与当前信号强度的差值大于预设的波束切换阈值，执行步骤S516，将当前波束切换至最大信号强度对应的波束。
如果最大信号强度与当前信号强度的差值小于预设的波束切换阈值，执行步骤S518，判断最大信号强度是否为所有波束中信号强度的最大值。
如果最大信号强度为所有波束中信号强度的最大值，执行步骤S520，保持当前波束与基站的连接。并将当前波束的波束信息更新为当前信号强度；
如果最大信号强度不是所有波束中信号强度的最大值，返回步骤S514，将所有波束中信号强度的最大值更新为最大信号强度，继续执行步骤S510，判断最大信号强度是否大于当前信号强度。
该方法仍以在移动终端上实现为例进行说明，在上述图5所示的波束切换方法的基础上，本实施例的波束切换方法还包括了MTPL的判断过程，具体参见图6所示的方法流程图：
步骤S602，每隔第一预设时间，测量当前波束的最大功率发射限制MTPL。该第一预设时间，与前述的第一预设时间一致，也就是说，在这个实施例中，周期性检测当前波束的当前信号强度以及MTPL。然后通过当前信号强度和MTPL两种信息与阈值的比较，进行波束切换。
步骤S604，如果当前信号强度大于预设的强度下限阈值，且当前信号强度的变化幅度小于预设的强度范围的最低值，判断MTPL是否小于最大功率发射限制阈值。
如果是，执行步骤S606，保持当前波束与基站连接。此时，还可以将当前波束的波束信息更新为当前信号强度。
如果否，继续执行步骤S608，判断最大信号强度是否大于当前信号强度。该步骤S608与上述的步骤S502一样，然后继续执行步骤S502后的判断过程，在此不再赘述。
本实施例通过与基站连接的当前波束的当前信号强度和MTPL两种信息与相应阈值的比较，进行波束切换的判断，能够基于回滞概念，优化切换条件，平衡切换次数和信号质量；同时利用终端毫米波波束的物理特性，以及波束之间的时空相关性，考虑终端周围环境的影响，减少扫描空间，从而减少切换时间，降低功耗。
下面列举一个具体的应用实施，上述信号强度以RSRP表示，参见图7所示，假设移动终端已经与基站连接，当前使用的波束为第a个毫米波天线模组的第c个波束，即Beama,c，对应的RSRP为RSRPac1。
每隔周期Per2测量RSRP，命名为RSRP ac2。周期Per2可根据实际情况决定。同时测量MTPL，MTPL为在预设时间段内上行发射功率达到最大值时所占的比例。
如果RSRP ac2<LowLimit(如上述强度下限阈值)，则扫描所有波束，选取RSRP最高的波束与基站连接。若不成功，重复SnLimit(扫描次数阈值)次全扫描空间扫描，连接仍不成功，则停止扫描，输出连接不成功信号，等待重新连接命令。LowLimit和SnLimit的值根据实际情况决定。
如果RSRP ac2>LowLimit，计算△RSRP＝RSRP ac2-RSRP ac1。如果△RSRP<△lowLimit，且MTPL<MTPLLimit，则保持Beama,c连接，并将RSRP ac1值更新为RSRP ac2。△lowLimit和MTPLLimit的值根据实际情况决定。
本实施例中，每隔周期Per1更新动态相关性表，将表中每一行或每一列波束时空相关性降序排列，剔除波束和其自身的相关性项。如果ΔRSRP<ΔHighLimit，每隔Nomit个波束，测量并选取与Beama，c的波束时空相关性降序排列的波束中的前Nsweep个波束，将前Nsweep个波束的RSRP最大值作为RSRPhigh；如果ΔRSRP>ΔHighLimit，每隔Nomit个波束，测量并选取与Beama，c的波束时空相关性降序排列的波束中的后Nsweep个波束，将后Nsweep个波束的RSRP最大值作为RSRPhigh。ΔHighLimit和Nsweep的值根据实际情况决定，ΔhighLimit应体现移动终端翻转等操作引起的信号质量大幅度下降的情况。动态相关性表的更新时间和更新周期根据实际情况决定，但要求在下述使用RSRPhigh步骤前完成。Nomit依赖于移动终端的移动速度，Nomit≥0。引入Nomit的目的在于描述如下情形：相关性最高的波束有很大概率是空间最近邻波束，当终端快速移动时，最近邻波束可能不是最佳对接波束。
如果△RSRP<△lowLimit且MTPL>MTPLLimit，则判断RSRPhigh>RSRPac2是否成立。如果RSRPhigh<RSRPac2，则将Nsweep(扫描次数)扩大到整个扫描空间，测量得到RSRP最大值RSRPhigh，再判断RSRPhigh>RSRPac2是否成立。此过程超过一定次数中止，保持波束Beama,c连接。MTPLLimit的值根据实际情况决定。
如果△RSRP>△lowLimit且RSRPhigh>RSRPac2，且RSRPhigh-RSRPac2>SwLimit(即波束切换阈值)，则切换波束到RSRPhigh对应的波束。如果RSRPhigh-RSRPac2<SwLimit，且Nsweep为整个扫描空间，则保持保持波束Beama，c连接，更新相应波束信息。如果Nsweep不是整个扫描空间，则将Nsweep扩大到整个扫描空间，测量得到RSRP最大值RSRPhigh，再判断RSRPhigh>RSRPac2和RSRPhigh-RSRPac2>SwLimit是否成立。此过程超过一定次数中止，保持波束Beama，c连接。
基于上述方法实施例，本发明实施例还提供一种波束切换装置，该装置应用于移动终端，参见图8所示，该装置包括：信息测量模块802、最大信号强度确定模块804和波束切换模块806。
信息测量模块802，用于每隔第一预设时间，测量与基站连接的当前波束的当前信号强度；最大信号强度确定模块804，用于如果当前信号强度大于预设的强度下限阈值，基于当前信号强度的变化幅度和当前波束与移动终端的所有波束的波束时空相关性，确定从所有波束中选取的多个待选波束对应的最大信号强度；其中，波束时空相关性与移动终端的所处环境和移动终端的运动状态关联；波束切换模块806，用于基于最大信号强度和当前信号强度，对移动终端与基站连接的波束进行切换操作。
作为一种优选装置实施例，参见图9所示，波束切换装置包括与上述类似的信息测量模块902、最大信号强度确定模块904和波束切换模块906。
其中，上述最大信号强度确定模块904具体包括：相关性获取模块9041，用于获取当前所处环境下移动终端的所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性；波束排序模块9042，用于按照波束时空相关性，将所有波束进行顺序排列；波束选择模块9043，用于基于当前信号强度的变化幅度及移动终端的当前移动速度，从顺序排列的所有波束中选择预设个数的波束，作为多个待选波束；信号测量模块9044，用于测量多个待选波束对应的信号强度，将测量结果中的最大信号强度确定为多个待选波束对应的最大信号强度。
上述相关性获取模块9041还用于：每隔第二预设时间，获取移动终端的所处环境和运动状态；运动状态包括：移动速度和移动方向；判断移动速度是否小于预设的速度阈值；如果是，获取当前所处环境下移动终端的所有波束分别与当前波束的空间相关性，将空间相关性作为所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性；如果否，基于运动状态对当前所处环境下所有波束分别与当前波束的空间相关性进行加权，生成所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性。
上述相关性获取模块9041还用于：通过以下矩阵关系式，计算所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性：[SCdynamic]＝[SCstatic]+[Ispace]×[Sweight]；
其中，[SCdynamic]表示所有波束分别与当前波束之间的波束时空相关性；[SCstatic]表示所有波束分别与当前波束之间的波束空间相关性；[Ispace]表示所有波束分别与当前波束之间的位置关系，[Sweight]表示运动状态对应的权重。
上述波束选择模块9043还用于：如果当前信号强度的变化幅度介于预设的强度范围内，每隔指定个数波束，从顺序排列的所有波束中选择预设个数的波束，作为第一待选波束；其中，选择出的波束与当前波束的波束时空相关性大于未被选出的波束与当前波束的波束时空相关性；如果当前信号强度的变化幅度大于强度范围的最大值，每隔指定个数波束，从顺序排列的所有波束中选择预设个数的波束，作为第二待选波束；其中，选择出的波束与当前波束的波束时空相关性小于未被选出的波束与当前波束的波束时空相关性；其中，指定个数和预设个数均与当前移动速度成正比。
上述波束切换模块906还用于：判断最大信号强度是否大于当前信号强度；如果是，且最大信号强度与当前信号强度的差值大于预设的波束切换阈值，将当前波束切换至最大信号强度对应的波束；如果否，将所有波束中信号强度的最大值更新为最大信号强度，继续执行判断最大信号强度是否大于当前信号强度的步骤。
上述波束切换模块906还用于：如果最大信号强度大于当前信号强度，且最大信号强度与当前信号强度的差值小于预设的波束切换阈值，判断最大信号强度是否为所有波束中信号强度的最大值；如果是，保持当前波束与基站的连接；如果否，将所有波束中信号强度的最大值更新为最大信号强度，继续执行判断最大信号强度是否大于当前信号强度的步骤。
上述信息测量模块902还用于：每隔第一预设时间，测量当前波束的MTPL；上述波束切换模块906还用于：如果当前信号强度大于预设的强度下限阈值，且当前信号强度的变化幅度小于预设的强度范围的最低值，判断MTPL是否小于最大功率发射限制阈值；如果是，保持当前波束与基站连接；如果否，继续执行判断最大信号强度是否大于当前信号强度的步骤。
上述波束切换模块906还用于：如果当前信号强度小于强度下限阈值，扫描所有波束，将所有波束中信号强度最大的波束作为目标切换波束，并将当前波束切换至目标切换波束，以使目标切换波束与基站连接。
为了清楚地说明本发明实施例的实现过程，本发明实施例还提供一种移动终端，参见图10所示，该移动终端包括：场景识别器11、空间信息传感装置12、多个毫米波天线模组13及如上述装置实施例所述的波束切换装置14。
其中，波束切换装置14分别与场景识别器11、空间信息传感装置12及多个毫米波天线模组13连接；每个毫米波天线模组13，即毫米波模组可以进行多个毫米波波束扫描，如图11中的21、22、23所示，分别为波束1、波束2及波束N；场景识别器11用于识别所述移动终端的所处环境，如识别手握，通话等使用场景；空间信息传感装置12用于采集所述移动终端的运动状态，至少包括移动方向和移动速度。空间信息传感装置12可以由多个部件组成，部件可以是实现相关功能的软件，例如定位软件。
上述移动终端的波束切换过程可以参见前述方法实施例，在此不再赘述。
本发明实施例所提供的波束切换方法、装置及移动终端的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的移动终端和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元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，服务器，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。
最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种波束切换方法，其特征在于，所述方法应用于移动终端，包括：
每隔第一预设时间，测量与基站连接的当前波束的当前信号强度；
如果所述当前信号强度大于预设的强度下限阈值，基于所述当前信号强度的变化幅度和所述当前波束与所述移动终端的所有波束的波束时空相关性，确定从所述所有波束中选取的多个待选波束对应的最大信号强度；其中，所述波束时空相关性由空间相关性和时间相关性组成，所述空间相关性是指波速之间的相似程度，所述时间相关性是指由于所述移动终端移动带来的波束空间相关性的调整，所述波束时空相关性通过所述移动终端在时间上所表现的运动状态对所述空间相关性进行加权得到；
基于所述最大信号强度和所述当前信号强度，对所述移动终端与所述基站连接的波束进行切换操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述当前信号强度的变化幅度和所述当前波束与所述移动终端的所有波束的波束时空相关性，确定从所述所有波束中选取的多个待选波束对应的最大信号强度的步骤，包括：
获取当前所处环境下所述移动终端的所有波束分别与所述当前波束之间的波束时空相关性；
按照所述波束时空相关性，将所述所有波束进行顺序排列；
基于所述当前信号强度的变化幅度及所述移动终端的当前移动速度，从所述顺序排列的所有波束中选择预设个数的待选波束；
测量多个所述待选波束对应的信号强度，将测量结果中的最大信号强度确定为多个所述待选波束对应的最大信号强度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取当前所处环境下所述移动终端的所有波束分别与所述当前波束之间的波束时空相关性的步骤，包括：
每隔第二预设时间，获取所述移动终端的所处环境和运动状态；所述运动状态包括：移动速度和移动方向；
判断所述移动速度是否小于预设的速度阈值；
如果是，获取所述当前所处环境下所述移动终端的所有波束分别与所述当前波束的空间相关性，将所述空间相关性作为所述所有波束分别与所述当前波束之间的波束时空相关性；
如果否，基于所述运动状态对所述当前所处环境下所述所有波束分别与所述当前波束的空间相关性进行加权，生成所述所有波束分别与所述当前波束之间的波束时空相关性。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述运动状态对所述所有波束分别与所述当前波束的空间相关性进行加权，生成所述所有波束分别与所述当前波束之间的波束时空相关性的步骤，包括：
通过以下矩阵关系式，计算所述所有波束分别与所述当前波束之间的波束时空相关性：
[SCdynamic]＝[SCstatic]+[Ispace]×[Sweight]；
其中，[SCdynamic]表示所述所有波束分别与所述当前波束之间的波束时空相关性；[SCstatic]表示所述所有波束分别与所述当前波束之间的波束空间相关性；[Ispace]表示所述所有波束分别与所述当前波束之间的位置关系，[Sweight]表示所述运动状态对应的权重。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述当前信号强度的变化幅度及所述移动终端的当前移动速度，从所述顺序排列的所有波束中选择预设个数的待选波束的步骤，包括：
如果所述当前信号强度的变化幅度介于预设的强度范围内，每隔指定个数波束，从所述顺序排列的所有波束中选择预设个数的波束，作为第一待选波束；其中，选择出的波束与所述当前波束的波束时空相关性大于未被选出的波束与所述当前波束的波束时空相关性；
如果所述当前信号强度的变化幅度大于所述强度范围的最大值，每隔指定个数波束，从所述顺序排列的所有波束中选择预设个数的波束，作为第二待选波束；其中，选择出的波束与所述当前波束的波束时空相关性小于未被选出的波束与所述当前波束的波束时空相关性；
其中，所述指定个数和所述预设个数均与所述当前移动速度成正比。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述最大信号强度和所述当前信号强度，对所述移动终端与所述基站连接的波束进行切换操作的步骤，包括：
判断所述最大信号强度是否大于所述当前信号强度；
如果是，且所述最大信号强度与所述当前信号强度的差值大于预设的波束切换阈值，将所述当前波束切换至所述最大信号强度对应的波束；
如果否，将所述所有波束中信号强度的最大值更新为所述最大信号强度，继续执行所述判断所述最大信号强度是否大于所述当前信号强度的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果所述最大信号强度大于所述当前信号强度，且所述最大信号强度与所述当前信号强度的差值小于预设的波束切换阈值，判断所述最大信号强度是否为所有波束中信号强度的最大值；
如果是，保持所述当前波束与基站的连接；
如果否，将所述所有波束中信号强度的最大值更新为所述最大信号强度，继续执行所述判断所述最大信号强度是否大于所述当前信号强度的步骤。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
每隔所述第一预设时间，测量所述当前波束的MTPL(最大功率发射限制)；
如果所述当前信号强度大于预设的强度下限阈值，且所述当前信号强度的变化幅度小于预设的强度范围的最低值，判断所述MTPL是否小于最大功率发射限制阈值；
如果是，保持所述当前波束与基站连接；
如果否，继续执行所述判断所述最大信号强度是否大于所述当前信号强度的步骤。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果所述当前信号强度小于所述强度下限阈值，扫描所述所有波束，将所述所有波束中信号强度最大的波束作为目标切换波束，并将所述当前波束切换至所述目标切换波束，以使所述目标切换波束与所述基站连接。
10.一种波束切换装置，其特征在于，所述装置应用于移动终端，包括：
信息测量模块，用于每隔第一预设时间，测量与基站连接的当前波束的当前信号强度；
最大信号强度确定模块，用于如果所述当前信号强度大于预设的强度下限阈值，基于所述当前信号强度的变化幅度和所述当前波束与所述移动终端的所有波束的波束时空相关性，确定从所述所有波束中选取的多个待选波束对应的最大信号强度；其中，所述波束时空相关性由空间相关性和时间相关性组成，所述空间相关性是指波速之间的相似程度，所述时间相关性是指由于所述移动终端移动带来的波束空间相关性的调整，所述波束时空相关性通过所述移动终端在时间上所表现的的运动状态对所述空间相关性进行加权得到；
波束切换模块，用于基于所述最大信号强度和所述当前信号强度，对所述移动终端与所述基站连接的波束进行切换操作。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述最大信号强度确定模块包括：
相关性获取模块，用于获取当前所处环境下所述移动终端的所有波束分别与所述当前波束之间的波束时空相关性；
波束排序模块，用于按照所述波束时空相关性，将所述所有波束进行顺序排列；
波束选择模块，用于基于所述当前信号强度的变化幅度及所述移动终端的当前移动速度，从所述顺序排列的所有波束中选择预设个数的待选波束；
信号测量模块，用于测量多个所述待选波束对应的信号强度，将测量结果中的最大信号强度确定为多个所述待选波束对应的最大信号强度。
12.一种移动终端，其特征在于，所述移动终端包括：场景识别器、空间信息传感装置、多个毫米波天线模组及如权利要求10或11所述的波束切换装置；
所述波束切换装置分别与所述场景识别器、所述空间信息传感装置及多个所述毫米波天线模组连接；
其中，每个所述毫米波天线模组进行多个波束扫描；所述场景识别器用于识别所述移动终端的所处环境；所述空间信息传感装置用于采集所述移动终端的运动状态。
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