CN111756421B - 一种波束空间覆盖方法、装置及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种波束空间覆盖方法、装置及存储介质，使用正交基向量集合作为权值对信号进行赋形，可以基站天线校准或者未校准的情况下，均能使得基站覆盖全空间范围内任意用户终端接收到的信号能量满足信号接收强度要求，以至少解决相关技术中全空间覆盖场景下，部分位置由于信号反向叠加导致该方向接受能量衰减大，无法满足强度要求，使得用户解调性能下降的问题。

Description

一种波束空间覆盖方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种波束空间覆盖方法、装置及存储介质。
背景技术
在一些特殊的通信场景，如大型商场、写字楼、体育馆等室内场景，通信基站需要覆盖的区域为一个以它为中心的全空间，这和宏站只覆盖一个扇区有明显的差异。现有宏站扇区广播波束空间覆盖过程如图1所示，宏站单扇区广播波束空间覆盖中，基站的射频通道需要校准，使得不同天线间无相位差，然后根据相应的广播权进行，对需要覆盖的区域做广播业务，一般覆盖区域为在60度到120度之间。
为了服务覆盖范围内的全部用户(UE)，通信基站需要广播一些系统信息给覆盖半径内的用户，如果通信基站只采用单一的广播权，则覆盖空间中会存在某些位置由于信号的反向叠加，导致该方向的接收能量衰减很大，用户解调性能下降。
此外，部署在这种特殊通信场景的通信基站通常成本比较低，天线之间没有进行射频校准，存在未知的相位差，不能类似于宏站进行固定方向的预置波束进行广播覆盖。
发明内容
本发明实施例提供了一种波束空间覆盖方法及装置，以至少解决相关技术中全空间场景下某些位置信号覆盖能力较差的问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种波束空间覆盖方法，包括：
以预先构建的正交基向量集合中正交基向量权值对信号赋形，其中，所述正交基向量集合中正交基向量个数与基站天线数量相同；向用户终端发送所述信号。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种波束空间覆盖装置，包括赋形模块，用于以预先构建的正交基向量集合中正交基向量权值对信号赋形，其中，所述正交基向量集合中正交基向量个数与基站天线数量相同。发送模块，用于向用户终端发送所述信号。
根据本发明的又一个实施例，还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
根据本发明的又一个实施例，还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
通过以上波束空间覆盖方法，通过使用正交基向量集合对信号权值进行赋形，可以基站天线校准或者未校准的情况下，均能使得基站覆盖全空间范围内任意用户终端接收到的信号能量满足信号接收强度要求，以至少解决相关技术中全空间覆盖场景下，部分位置由于信号反向叠加导致该方向接受能量衰减大，无法满足强度要求，使得用户解调性能下降的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是现有技术中宏站单扇区广播波束空间覆盖通信系统示意图；
图2是根据本发明实施例的广播波束空间覆盖通信系统示意图；
图3是根据本发明实施例的广播波束空间覆盖方法的流程图；
图4是根据本发明实施例的实现广播波束空间覆盖装置的结构框图；
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
实施例1
本申请实施例一所提供的方法实施例应用于全空间通信系统内，其中基站天线数量为N。本发明实施例的广播波束空间覆盖通信系统不要求射频通道做校准，对于基带信号，在不同时间或者频率资源上以集合中一个正交基向量权值对所述广播信号进行赋形，直到遍历完正交基向量集合，达到对全空间覆盖的效果。
在本实施例中提供了一种运行于上述全空间通信系统的波束空间覆盖方法，图3是根据本发明实施例的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：
步骤S101：构造正交基向量集合，基站存储构造的正交基向量集合作为广播波束；
具体而言，首先预生成正交基向量集合，作为全空间覆盖的广播波束权值。由于基站天线数为N，因此构建包含N个正交基向量的正交基向量集合，可以表示为：
W＝[w1 w2 ... wN]
其中wi＝[wi,1 wi,2 ... wi,N]i＝1,...,N，表示第i个基向量，假设基向量做了归一化，他们满足：
Figure GDA0002116666180000041
其中wH表示w的共轭转置。所以：
W·WH＝I
步骤S102，对于广播业务类型，基站遍历正交基向量集合，在不同的时间或者频率资源上以集合中一个波束权值对基站需要发送的广播信号赋形；
步骤S103，基站向用户终端UE发送经过上述赋形的广播信号。
以UE端其中任意一天线作为接收天线，以该接收天线对基站发送的广播信号的接收过程为例，基站到接收天线的信道可以表示为：
Figure GDA0002116666180000042
其中hi和θi分别是接收天线与发射天线i之间信道的幅度和相位。
则UE收到的N个正交波束的信号可以表示为:
y＝[y1 y2 ... yN]T＝WHx
其中x是发射信号，可以认为发射信号能量为1，即xHx＝1。
则UE接收N个波束能量相加为：
Figure GDA0002116666180000043
利用反证法可以证明，UE接收的N个正交波束中至少存在一个波束，j使得该波束下接收信号能量满足：
Figure GDA0002116666180000044
否则N个波束的能量相加和不等于
Figure GDA0002116666180000045
因此，采用正交基向量集合作为广播波束权值，一定存在一个波束使得接收信号能量不小于N个信道的平均幅度增益
Figure GDA0002116666180000046
所以，正交基向量集合能够覆盖全空间。
此外，当基站天线未校准，即不同天线间存在相位差时，天线间相位差和广播波束权值叠加起来，可以表示为：
Figure GDA0002116666180000047
其中φj,j＝1...N表示N个天线上的随机相位，对于天线未校准的情况，仍然有：
Figure GDA0002116666180000051
所以，即使天线间未校准，采用正交基向量集合作为广播波束权值，仍然能够覆盖全空间，这对天线间未校准时也非常适用。
以基站两天线为例，典型的正交基向量集合为：
Figure GDA0002116666180000052
所以基站的两个波束分别为
Figure GDA0002116666180000053
和/>
Figure GDA0002116666180000054
如图3所示，UE接收波束
Figure GDA0002116666180000055
的性能会好于波束/>
Figure GDA0002116666180000056
此处只是举例说明，其它满足W·WH＝I的正交基向量同样能满足全空间覆盖。对于NR的SSB广播业务，可以在不同的OFDM符号上使用正交基向量广播波束进行发射，能够保证覆盖范围内的所有位置至少存在一个波束的能量大于
Figure GDA0002116666180000057
使得UE完成相应的广播信息解调。
实施例2
在本实施例中还提供了一种空间波束覆盖装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图4是根据本发明实施例的空间波束覆盖装置的结构框图，如图2所示，该装置包括：
存储模块201，用于存储所述预先设置的正交基向量集合，其中，正交基向量集合中正交基向量个数与基站天线数量相同。
遍历查询模块202，用于遍历所述预先构建的正交基向量集合；
赋形模块203，用于在不同时间或者频段以预先构建的正交基向量集合中一个正交基向量权值对所述广播信号进行赋形；
发送模块204，用于向用户终端发送所述广播信号。
校准模块205，对所述基站天线之间相位差进行校准。
需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
实施例3
本发明的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
实施例4
本发明的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
存储器可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的波束空间覆盖方法对应的计算机程序，处理器通过运行存储在存储器内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，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的方法。
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 (8)

1.一种波束空间覆盖方法，其特征在于，
以预先构建的正交基向量集合中正交基向量权值对信号赋形，其中，所述正交基向量集合中正交基向量个数与基站天线数量相同；所述信号为广播信号；所述正交基向量满足W·WH＝I；
向用户终端发送所述信号；
所述方法还包括：
遍历所述预先构建的正交基向量集合，在不同的时间或者频率资源上以集合中一个正交基向量权值对所述信号进行赋形。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述遍历预先构建的正交基向量集合前，所述方法还包括：
存储所述预先构建的正交基向量集合。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述基站天线之间相位差进行校准。
4.一种波束空间覆盖装置，其特征在于，所述装置包括：
赋形模块，用于以预先构建的正交基向量集合中正交基向量权值对信号赋形，其中，所述正交基向量集合中正交基向量个数与基站天线数量相同；所述信号为广播信号；所述正交基向量满足W·WH＝I；
发送模块，用于向用户终端发送所述信号；
所述装置还包括：
遍历查询模块，用于遍历所述预先构建的正交基向量集合；
所述赋形模块还用于在不同时间或者频段以集合中一个正交基向量权值对所述信号进行赋形。
5.如权利要求4所述装置，其特征在于，所述装置还包括：
存储模块，用于存储所述预先设置的正交基向量集合。
6.如权利要求4所述装置，其特征在于，所述装置还包括：
校准模块，对所述基站天线之间相位差进行校准。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求1至3任一项中所述的方法。
8.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程
序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行所述权利要求1至3任一项中所述的方法。
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