CN112073973B - 一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形方法和装置，旨在解决毫米波频段内非授权频段的共享问题，以及频率与空间资源的联合分配问题。所述方法包括：根据基站与蜂窝用户终端对非授权毫米波信道的信道检测，占用多个空闲非授权毫米波信道；对所有蜂窝用户终端接入信道的RF预编码器和数字预编码器进行迭代优化，得到目标RF预编码器和目标数字预编码器；根据蜂窝用户终端所在信道的目标RF预编码器和目标数字预编码器，获得该蜂窝用户终端可选接入的候选信道的各自总效用，将该蜂窝用户终端分配至总效用最高的信道，得到所有蜂窝用户终端的信道分配结果，蜂窝用户终端与WiGig用户终端共享分配结果中的非授权毫米波信道进行数据传输。

Description

一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形方法和装置

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形方法和装置。

背景技术

随着物联网的发展，无线网络中需要部署大量具有巨大数据流量需求的智能设备。未来6G时代的各种移动应用，例如汽车的自动驾驶和使虚拟现实(VR)具有丰富的传感信息，需要依赖超高数据传输速率。毫米波通信被认为是突破当前困境的有效解决方案，可为众多设备实现数千兆位的数据速率。

然而，仅依靠授权的毫米波频段来满足这些6G要求仍然很困难，为减轻授权毫米波频段的压力，非授权毫米波频段共享技术得到广泛关注，以频段扩展的方式，允许蜂窝用户终端与非授权毫米波频段上的原始用户终端共享非授权毫米波频段。目前，已有的方案只针对中低频段内的非授权频段共享，不存在对于非授权高频毫米波频段的共享机制，例如60GHz附近的频段。而已有的中低频的协议并不适用于非授权毫米波频段共享，因为毫米波波长短、衰减大、传输方向性强而非全向传输，因此已有的协议会大大限制空间资源复用，而导致资源浪费、降低用户终端接入率和总速率。

发明内容

本申请实施例提供一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形方法和装置，旨在解决毫米波频段内非授权频段的共享问题。

本申请实施例第一方面提供了一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形方法，所述方法包括：

基站对非授权毫米波信道进行信道检测，并触发蜂窝用户终端对非授权毫米波信道进行信道检测；

根据基站的检测结果和蜂窝用户终端的检测结果，占用多个空闲非授权毫米波信道；

以最大化蜂窝用户终端的传输速率，并最小化蜂窝用户终端对所在信道的干扰为优化目标，对所有蜂窝用户终端的接入信道的各自RF预编码器和数字预编码器进行迭代优化，直到所述RF预编码器和所述数字预编码器不再随对方而变化，得到所述接入信道的各自目标RF预编码器和目标数字预编码器；

针对蜂窝用户终端的接入信道，将所述蜂窝用户终端在所述接入信道的整个目标RF预编码器，以及，在所述接入信道的目标数字预编码器中对应的列，扩展至所述蜂窝用户终端可选的候选信道，用于求解总效用，获得所述蜂窝用户终端的所有候选信道的各自总效用，将所述蜂窝用户终端分配至所述总效用最高的信道，所述候选信道包括所述占用的多个空闲非授权毫米波信道以及所述蜂窝用户终端未接入的授权毫米波信道；

根据所有蜂窝用户终端分配至各自总效用最高的信道，获得所有蜂窝用户终端的信道分配结果；

所述信道分配结果中的空闲非授权毫米波信道，蜂窝用户终端与WiGig用户终端共享所述空闲非授权毫米波信道进行数据传输。

可选地，所述获得所有蜂窝用户终端的信道分配结果，包括以下步骤：

步骤1：当本轮信道分配结果与上一轮信道分配结果相同时，结束算法，否则执行步骤2；

步骤2:将本轮信道分配结果中包括的所有信道的各自RF预编码器和数字预编码器进行迭代优化，直到RF预编码器和数字预编码器不再随对方而变化，得到本轮信道分配结果中包括的所有信道的各自目标RF预编码器和目标数字预编码器；

步骤3：针对蜂窝用户终端在本轮分配的信道，将该蜂窝用户终端在该信道的整个目标RF预编码器，以及，在该信道的目标数字预编码器中对应的列，扩展至该蜂窝用户终端可选的候选信道，用于求解总效用，获得该蜂窝用户终端的所有候选信道的各自总效用，将该蜂窝用户终端分配至总效用最高的信道，所述候选信道包括所述占用的多个空闲非授权毫米波信道以及所述蜂窝用户终端未分配的授权毫米波信道；

步骤4：根据所有蜂窝用户终端分配至各自总效用最高的信道，获得所有蜂窝用户终端的信道分配结果，返回步骤1。

可选地，所述迭代优化，包括以下步骤：

步骤1：根据上一轮迭代得到的信道RF预编码器结果V_RF矩阵，通过注水算法得到该信道中的所有用户终端接收到的信号功率矩阵P，再根据得到的信号功率矩阵，通过波束赋形中的迫零均衡性质得到优化后的数字预编码器结果V_Q矩阵；

步骤2：通过本轮优化得到的数字预编码器结果VQ矩阵，根据RF预编码器中每个元素的独立性，利用拉格朗日乘子法求解出RF预编码器中的每个元素V_RF(i，j)，获得优化后的RF预编码器结果V_RF矩阵；

步骤3：当优化后的RF预编码器结果V_RF矩阵和优化后的数字预编码器结果V_Q矩阵不再随对方而变化时，停止迭代，得到该信道的目标RF预编码器和目标数字预编码器，否则，返回步骤1。

可选地，所述非授权毫米波信道具有占空周期，所述占空周期包括非共享时段，以及，共享时段；

在非共享时段内，WiGig用户终端独自占用所述非授权毫米波信道进行数据传输，在共享时段内，蜂窝用户终端与WiGig用户终端共享所述非授权毫米波信道进行数据传输。

本申请实施例第二方面提供了一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形装置，包括：

检测模块，基站对非授权毫米波信道进行信道检测，并触发蜂窝用户终端对非授权毫米波信道进行信道检测；根据基站的检测结果和所述蜂窝用户终端的检测结果，占用多个空闲非授权毫米波信道；

迭代优化模块，用于对所有蜂窝用户终端的接入信道的各自RF预编码器和数字预编码器进行迭代优化，直到所述RF预编码器和所述数字预编码器不再随对方而变化，得到所述接入信道的各自目标RF预编码器和目标数字预编码器；

信道选择模块，针对蜂窝用户终端的接入信道，将所述蜂窝用户终端在所述接入信道的整个目标RF预编码器，以及，在所述接入信道的目标数字预编码器中对应的列，扩展至所述蜂窝用户终端可选的候选信道，用于求解总效用，获得所述蜂窝用户终端的所有候选信道的各自总效用，将所述蜂窝用户终端分配至所述总效用最高的信道，所述候选信道包括所述占用的多个空闲非授权毫米波信道以及所述蜂窝用户终端未接入的授权毫米波信道；

信道分配模块，根据所有蜂窝用户终端分配至各自总效用最高的信道，获得所有蜂窝用户终端的信道分配结果。

可选地，所述信道分配模块，包括：

判断模块，用于执行步骤1：当本轮信道分配结果与上一轮信道分配结果相同时，结束算法，否则执行步骤2；；

迭代优化模块：用于执行步骤2：将本轮信道分配结果中包括的所有信道的各自RF预编码器和数字预编码器进行迭代优化，直到RF预编码器和数字预编码器不再随对方而变化，得到本轮信道分配结果中包括的所有信道的各自目标RF预编码器和目标数字预编码器；

信道选择模块：用于执行步骤3：针对蜂窝用户终端在本轮分配的信道，将该蜂窝用户终端在该信道的整个目标RF预编码器，以及，在该信道的目标数字预编码器中对应的列，扩展至该蜂窝用户终端可选的候选信道，用于求解总效用，获得该蜂窝用户终端的所有候选信道的各自总效用，将该蜂窝用户终端分配至总效用最高的信道，所述候选信道包括所述占用的多个空闲非授权毫米波信道以及所述蜂窝用户终端未分配的授权毫米波信道；

信道分配模块：用于执行步骤4：根据所有蜂窝用户终端分配至各自总效用最高的信道，获得所有蜂窝用户终端的信道分配结果，返回步骤1。

可选地，所述迭代优化模块，包括：

数字预编码器优化模块，用于执行步骤1：根据上一轮迭代得到的信道RF预编码器结果V_RF矩阵，通过注水算法得到该信道中的所有用户终端接收到的信号功率矩阵P，再根据得到的信号功率矩阵，通过波束赋形中的迫零均衡性质得到优化后的数字预编码器结果V_Q矩阵；

RF预编码器模块，用于执行步骤2：通过本轮优化得到的数字预编码器结果V_Q矩阵，根据RF预编码器中每个元素的独立性，利用拉格朗日乘子法求解出RF预编码器中的每个元素V_RF(i，j)，获得优化后的RF预编码器结果V_RF矩阵；

预编码器判断模块，用于执行步骤3：当优化后的RF预编码器结果V_RF矩阵和优化后的数字预编码器结果V_Q矩阵不再随对方而变化时，停止迭代，得到该信道的目标RF预编码器和目标数字预编码器，否则，返回步骤1。

可选地，所述信道分配模块中的非授权毫米波信道具有占空周期，所述占空周期包括非共享时段，以及，共享时段；

在非共享时段内，WiGig用户终端独自占用所述非授权毫米波信道进行数据传输，在共享时段内，蜂窝用户终端与WiGig用户终端共享所述非授权毫米波信道进行数据传输。

在本申请中，根据基站与蜂窝用户终端对非授权毫米波信道的信道检测结果，占用多个空闲非授权毫米波信道；对所有蜂窝用户终端接入信道的RF预编码器和数字预编码器进行迭代优化，得到目标RF预编码器和目标数字预编码器；根据蜂窝用户终端所在信道的目标RF预编码器和目标数字预编码器，获得该蜂窝用户终端可选接入的候选信道的各自总效用，将该蜂窝用户终端分配至总效用最高的信道，得到所有蜂窝用户终端的信道分配结果，蜂窝用户终端与WiGig用户终端共享分配结果中的非授权毫米波信道进行数据传输。实现了蜂窝用户终端与WiGig用户终端共享非授权毫米波信道，以及频率与空间资源的合理分配

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请实施例中一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形方法的应用场景示意图；

图2是本申请实施例中一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形方法的流程图；

图3是本申请实施例中信道的RF预编码器和数字预编码器的迭代优化流程图；

图4是本申请实施例中蜂窝用户终端设备信道分配示意图；

图5是本申请实施例中非授权毫米波占空周期的示意图；

图6是本申请实施例中信道分配结果循环优化流程图；

图7是本申请实施例中一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

随着物联网的发展，无线网络中需要部署大量具有巨大数据流量需求的智能设备。未来6G时代的各种移动应用，例如汽车的自动驾驶和使虚拟现实(VR)具有丰富的传感信息，需要依赖超高数据传输速率。毫米波通信被认为是突破当前困境的有效解决方案，可为众多设备实现数千兆位的数据速率。

然而，仅依靠授权的毫米波频段来满足这些6G要求仍然很困难，为减轻授权毫米波频段的压力，非授权毫米波频段共享技术得到广泛关注，以频段扩展的方式，允许蜂窝用户终端与非授权毫米波频段上的原始用户终端共享非授权毫米波频段。目前，已有的方案只针对中低频段内的非授权频段共享，而已有的方法并不适用于非授权毫米波频段共享，例如60GHz附近的频段。因为毫米波的波长短、衰减大、传输方向性强而非全向传输，因此已有的协议会大大限制空间资源复用，而导致资源浪费、降低用户终端接入率和总速率。

为了实现蜂窝用户终端与非授权毫米波频段上的原始用户终端共享非授权毫米波频段的目的，以及优化蜂窝用户终端在非授权毫米波频段上的频率与空间资源的联合分配。本申请提出了一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形方法，将蜂窝用户终端接入到非授权毫米波信道，使蜂窝用户终端与非授权毫米波信道的原始用户终端，即WiGig用户终端，共享非授权毫米波信道进行数据传输。在数据下行传输中，基站(gNB)决定占用哪些非授权毫米波信道供蜂窝用户终端与WiGig用户终端共享，首先所有蜂窝用户终端当前接入信道的RF预编码器和数字预编码器进行迭代优化，将迭代优化结果扩展到各蜂窝用户终端可选接入的候选信道，求解各候选信道的总效用，再根据获得的总效用，将蜂窝用户终端分配到各自候选信道中总效用最高的信道，得到所有蜂窝用户终端的信道分配结果。最终的信道分配结果中包括授权毫米波信道和非授权毫米波信道，对于其中的非授权毫米波信道，蜂窝用户终端与WiGig用户终端共享该非授权毫米波信道进行数据传输。为了优化蜂窝用户终端在当前信道数据传输过程中的发射信号功率的分配和信号发射方向的调整，提出一个RF预编码器和数字预编码器迭代优化模型。为了优化蜂窝用户终端的信道分配结果，使得蜂窝用户终端最终分配的信道，数据传输速率更高，用户之间的数据传输干扰更小，提出了一个蜂窝用户终端信道分配的循环优化模型。

其中，gNB：next-generationNode B，指5GNR技术发展之后的基站。

WiGig用户终端：WiGig指在60GHz附近的非授权毫米波频段上的Wi-Fi技术，WiGig用户终端指采用上述技术进行数据传输的终端设备。

蜂窝用户终端：指采用蜂窝通信(Cellular)对数据进行传输的终端设备。

AP：Access Point，指无线接入点，提供无线工作站和有线局域网之间的互相访问，这样，在AP信号覆盖范围内的无线工作站可以通过它进行相互通信。

在介绍本申请的技术方案之前，先对本申请针对的应用场景进行介绍。

参考图1，图1是本申请实施例中一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形方法的应用场景示意图。

如图1所示，在下行数据传输场景下，单个基站(gNB)覆盖范围内，包括多个WiGig用户终端接入点(AP)，多个蜂窝用户终端(UE)，多个WiGig用户终端(WUE)。基站(gNB)处配置了大规模天线阵列，和WiGig接入点(AP)都进行方向性数据传输，WiGig用户终端只能通过WiGig接入点(AP)与基站(gNB)经由非授权毫米波信道进行数据传输，蜂窝用户终端配置单个天线，与基站(gNB)通过授权毫米波信道或非授权毫米波信道进行数据传输。WiGig用户终端可能会在WiGig AP的覆盖范围之内受到蜂窝用户终端的数据传输干扰。例如，基站gNB与蜂窝用户终端占用非授权毫米波频段进行数据传输，会对其传输方向附近的同信道WiGig用户终端造成干扰。

参考图2，图2是本申请实施例中一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形方法的流程图。

如图2所示，所述方法应用于基站，具体可以包括以下步骤：

步骤S201：基站对非授权毫米波信道进行信道检测，并触发蜂窝用户终端对非授权毫米波信道进行信道检测；根据基站的检测结果和蜂窝用户终端的检测结果，占用多个空闲非授权毫米波信道。

本实施例中，检测结果包括该非授权毫米波是否空闲，以及，该非授权毫米波相对于数据发送方的基站的干扰强度和相对于数据接收方的蜂窝用户终端的干扰强度。

本实施例中，在下行数据传输中，由于毫米波频段内数据传输的方向性强，单侧考虑数据发送方或数据接收方对信道的检测会使最终检测结果不准确，需要作为数据发送方的基站对非授权毫米波信道进行信道检测的同时，触发作为接收方的蜂窝用户终端对该非授权毫米波信道进行辅助信道检测，根据检测结果，占用检测结果为空闲，以及，对于数据发送方的基站的干扰强度和对于数据接收方的蜂窝用户终端的干扰强度满足预设要求的非授权毫米波信道。占用的非授权毫米波信道，将作为分配给蜂窝用户终端进行数据传输的候选信道。

应当理解的是，本申请中的数据传输属于相互的，存在基站向用户终端传输数据的下行数据传输，也存在用户终端向基站进行数据传输的上行数据传输，上述步骤中的下行数据传输，仅作为本申请的多种实施方式中的一种示例，不用于限定本申请。

步骤S202：以最大化蜂窝用户终端的传输速率，并最小化蜂窝用户终端对所在信道的干扰为优化目标，对所有蜂窝用户终端的接入信道的各自RF预编码器和数字预编码器进行迭代优化，直到所述RF预编码器和所述数字预编码器不再随对方而变化，得到所述接入信道的各自目标RF预编码器和目标数字预编码器。

本实施例中，为了使蜂窝用户终端的数据传输速率更快，以及，使蜂窝用户终端对所在信道的干扰更小。对所有接入了蜂窝用户终端的信道的RF预编码器和数字预编码器进行迭代优化，直到多轮迭代优化后，信道的RF预编码器和数字预编码器不再随对方而变化，即在传输速率更快与干扰更小中达到了平衡点，得到本轮迭代优化结果，使得各蜂窝用户终端在各自信道数据传输速率尽可能快的前提下，各蜂窝用户终端对所在信道的干扰尽可能小。由此得到上述各信道的目标RF预编码器和目标数字预编码器。

应当理解的是，上述步骤中的所有接入了蜂窝用户终端的信道，可以是一个或多个非授权毫米波信道，可以是一个或多个授权毫米波信道，可以是一个或多个非授权毫米波信道和一个或多个授权毫米波信道的组合，在此不作限定。

本实施例中，上述迭代优化还存在以下可能情况。一种可能情况是：对所有用户终端当前接入的信道进行初始化的同时，对所有用户终端当前接入的初始化信道的RF预编码器初始化和数字预编码器初始化，将所有用户终端当前接入的初始化信道的初始化RF预编码器和初始化数字预编码器进行迭代优化。

参考图3，图3是本申请实施例中信道的RF预编码器和数字预编码器的迭代优化流程图。

在本实施例中，如图3所示，步骤S202可具体包括以下子步骤：

子步骤S2021：根据上一轮迭代得到的信道RF预编码器结果V_RF矩阵，通过注水算法得到该信道中的所有用户终端接收到的信号功率矩阵P，再根据得到的信号功率矩阵，通过波束赋形中的迫零均衡性质得到优化后的数字预编码器结果V_Q矩阵。

本实施例中，蜂窝用户终端当前接入的信道的RF预编码器和数字预编码器属于该信道RF预编码器和数字预编码器迭代优化的第一轮。当前蜂窝用户终端接入的信道迭代优化不存在上一轮迭代得到的该信道RF预编码器结果矩阵，因此，蜂窝用户终端当前接入的信道的RF预编码器和数字预编码器会直接以当前接入信道的RF预编码器和数字预编码器开始迭代优化，在后续迭代优化过程中才会根据上一轮的迭代得到的信道RF预编码器结果V_RF矩阵进行迭代优化。

本实施例中，毫米波频段衰减大、方向性强，数据传输过程中信号发射的方向偏移过大，会使数据接收方无法接收到数据或导致接收到的数据受到的干扰过大。RF预编码器，用于对信号发射的相位调整，即调整信号发射的方向，使信号发射由基站准确地指向接收方，即蜂窝用户终端，使得蜂窝用户终端能准确接收到数据或接收到的数据受到的干扰更小。

本实施例中，毫米波频段信号发射过程中，信号发射功率过大会使能耗过高，信号发射功率过小会使数据接收方无法准确解调出数据信息。数字预编码器，用于对信号的发射功率进行优化分配，使信号的发射功率更加准确。

示例地，根据信道上一轮迭代得到的信道RF预编码器的结果V_RF矩阵，通过注水算法得到该信道中的所有用户终端接收到的信号功率矩阵P，根据获得的信号功率矩阵P，通过波束赋形中的迫零均衡性质得到优化后的数字预编码器的结果V_Q矩阵。数字预编码器的V_Q矩阵，优化求解过程可表示为：

其中，k为信道，ZF(Zero Forcing)指迫零均衡的性质，H为信道k当前状态，P为信号功率矩阵，V_RF为信道k的RF预编码器的结果矩阵。由此，获得优化后的数字预编码器的结果V_Q矩阵，执行子步骤S2022。

子步骤S2022：通过本轮优化得到的数字预编码器结果V_Q矩阵，根据RF预编码器中每个元素的独立性，利用拉格朗日乘子法求解出RF预编码器中的每个元素V_RF(i，j)，获得优化后的RF预编码器结果V_RF矩阵。

示例地，根据RF预编码器中的每个元素的独立性，即RF预编码器中的每个元素相互独立互不干扰，一个元素的优化改变，不会对其他元素造成影响，将子步骤S2021优化获得的数字预编码器的V_Q矩阵，通过利用拉格朗日乘子法，优化求解RF预编码器的每个元素V_RF(i，j)，获得优化后的RF预编码器的V_RF矩阵，执行子步骤S2023。

子步骤S2023：当优化后的RF预编码器结果V_RF矩阵和优化后的数字预编码器结果V_Q矩阵不再随对方而变化时，停止迭代，得到该信道的目标RF预编码器和目标数字预编码器，否则，返回子步骤S2021。

示例地，当本轮优化获得的RF预编码器的V_RF矩阵与上一轮获得的RF预编码器的V_RF矩阵相同时，或，当本轮获得的数字预编码器的V_Q矩阵与上一轮获得的数字预编码器的V_Q矩阵相同时，迭代停止，得到该信道的目标RF预编码器和目标数字预编码器，否则，返回子步骤S2021，进行新一轮的迭代优化。

本实施例中，通过RF预编码器对信号发射的相位调整，以及，数字预编码器对信号发送功率的分配，在迭代优化停止时，获得各用户终端信号发射的最优解，实现在多用户终端接入信道情况下，优化了该信道对接入该信道的所有用户终端的信号发射功率，以及，对接入该信道的所有用户终端的信号发射方向进行了对准。

步骤S203：针对蜂窝用户终端的接入信道，将所述蜂窝用户终端在所述接入信道的整个目标RF预编码器，以及，在所述接入信道的目标数字预编码器中对应的列，扩展至所述蜂窝用户终端可选的候选信道，用于求解总效用，获得所述蜂窝用户终端的所有候选信道的各自总效用，将所述蜂窝用户终端分配至所述总效用最高的信道，所述候选信道包括所述占用的多个空闲非授权毫米波信道以及所述蜂窝用户终端未接入的授权毫米波信道。

本实施例中，候选信道是指蜂窝用户终端可以接入的信道，具有一个或多个。基站只允许每个蜂窝用户终端接入一个信道进行数据传输，除蜂窝用户终端当前实际接入的信道外，蜂窝用户终端可以接入的剩余信道，即为蜂窝用户终端的候选信道。该候选信道包括步骤S201占用的多个空闲非授权毫米波信道以及该用户终端未接入的授权毫米波信道。

本实施例中，所有蜂窝用户终端接入的是一个多信道系统，对于该多信道系统，每个信道k上的RF预编码器是一个N×N_t的

矩阵，即天线数×射频单元数的矩阵，根据各信道k上接入的所有用户终端所处的位置，通过调整该信道k的天线处信号发射的相位，达到对该信道k上接入的所有用户终端的信号发射方向的调整，该信道k的N×N_t矩阵与每个用户终端不形成具体的对应关系，而是根据所有用户终端的分布情况，通过调整矩阵中天线的信号发射方向，实现对接入该信道k的所有用户终端信号发射方向调整。对于该多信道系统，每个信道k上的数字预编码器是一个信号功率矩阵，每个用户终端对应着自身接入信道k的信号功率矩阵中的一列。

本实施例中，蜂窝用户终端所在的自身接入信道，会通过步骤S202对该接入信道的RF预编码器和数字预编码器迭代优化，使得蜂窝用户终端接入的信道对该蜂窝用户终端的信号发射方向和信号发射功率更加准确。对该蜂窝用户终端的信号发射方向迭代优化，是由该用户终端所在接入信道的整个V_RF矩阵进行迭代优化，对该蜂窝用户终端的信号发射功率迭代优化，是由该用户终端所在接入信道的V_Q矩阵中对应的列进行迭代优化。将该用户终端所在接入信道的整个V_RF矩阵迭代优化后的结果，分别扩展到该蜂窝用户终端的所有候选信道的各自整个V_RF矩阵，以及，将该用户终端所在接入信道的V_Q矩阵中对应的列迭代优化的结果，分别扩展到该蜂窝用户终端在所有候选信道的各自V_Q矩阵中的对应列。完成扩展后，对所有候选信道的总效用进行求解，得到所有候选信道的各自总效用，将该蜂窝用户终端分配至所有候选信道中总效用最大的信道。

举例说明，参考图4，图4是本申请实施例中蜂窝用户终端设备信道分配示意图。如图4所示，蜂窝用户终端u接入信道为k1，u的候选信道为k0，k3，蜂窝用户终端u在信道k1中，通过信道k1的RF预编码器和数字预编码器迭代优化后，得到蜂窝用户终端u在k1信道中的目标

矩阵，得到蜂窝用户终端u在k1信道中的目标V_Q矩阵中的对应的第j列

将得到的

和

分别扩展到候选信道k0，k3中，由此，得到k0的总效用和k3的总效用，基站将蜂窝用户终端u分配到总效用最高的信道。

步骤S204：根据所有蜂窝用户终端分配至各自总效用最高的信道，获得所有蜂窝用户终端的信道分配结果；所述信道分配结果中的空闲非授权毫米波信道，蜂窝用户终端与WiGig用户终端共享所述空闲非授权毫米波信道进行数据传输。

本实施例中，根据将所有蜂窝用户终端分配至各自总效用最高的候选信道，获得了所有蜂窝用户终端的信道分配结果。信道的分配结果可能是所有蜂窝用户终端各自被分配到，一个或多个非授权毫米波信道，一个或多个授权毫米波信道，一个或多个非授权毫米波信道和一个或多个授权毫米波信道的组合。

在本实施例中，当信道分配结果中存在非授权毫米波信道时，蜂窝用户终端与WiGig用户终端将共享该非授权毫米波信道，由于非授权毫米波信道具有占空周期，所述占空周期包括非共享时段，以及，共享时段；在非共享时段内，WiGig用户终端独自占用所述非授权毫米波信道进行数据传输，在共享时段内，蜂窝用户终端与WiGig用户终端共享所述非授权毫米波信道进行数据传输。

参考图5，图5是本申请实施例中非授权毫米波占空周期的示意图。示例地，用μ表示当前信道的占用率，即检测到信道繁忙的蜂窝用户数/总用户数，根据当前信道的占用率，确定整个占空周期的T个传输周期中，一共有(1-μ)T个共享时段，每个共享时段时长为t₀，在共享时段内，蜂窝用户终端可以和WiGig用户终端共享非授权信道，剩余的时间内，蜂窝用户终端只能使用授权毫米波频段进行数据传输。

参考图6，图6是本申请实施例中信道分配结果循环优化流程图。

在本实施例中，如图6所示，步骤S204可具体包括以下子步骤：

子步骤S2041：当本轮信道分配结果与上一轮信道分配结果相同时，结束算法，否则执行子步骤S2042。

本实施例中，所有蜂窝用户终端当前接入的信道，属于第一轮循环的信道分配结果，第一轮循环的信道分配结果不存在上一轮信道分配结果，因此，所有蜂窝用户终端当前接入的信道，会直接执行子步骤S2042，后续的循环优化过程中才会判断本轮信道分配结果与上一轮信道分配结果是否相同。

示例地，对于所有蜂窝用户终端当前接入的信道作为信道分配结果的循环优化起点，直接对所有蜂窝用户终端当前接入的信道执行步骤S2042，后续循环优化分配结果，则将本轮优化后的所有蜂窝用户终端的信道分配结果与上一轮所有蜂窝用户终端的信道分配结果进行对比，相同，则获得所有蜂窝用户终端的最终信道分配结果，输出所有蜂窝用户终端的信道分配结果，否则，执行步骤S2042。

子步骤S2042：将本轮信道分配结果中包括的所有信道的各自RF预编码器和数字预编码器进行迭代优化，直到RF预编码器和数字预编码器不再随对方而变化，得到本轮信道分配结果中包括的所有信道的各自目标RF预编码器和目标数字预编码器。

示例地，将本轮所有蜂窝用户终端的信道分配结果中包括的所有信道的各自RF预编码器和数字预编码器进行迭代优化，直到RF预编码器和数字预编码器不再随对方而变化，得到目标RF预编码器和目标数字预编码器。该迭代优化过程与步骤S202的迭代优化过程类似，在此不再赘述。当得到本轮所有蜂窝用户终端的信道分配结果中包括的所有信道的目标RF预编码器和目标数字预编码器后，执行子步骤S2043。

子步骤S2043：针对蜂窝用户终端在本轮分配的信道，将该蜂窝用户终端在该信道的整个目标RF预编码器，以及，在该信道的目标数字预编码器中对应的列，扩展至该蜂窝用户终端可选的候选信道，用于求解总效用，获得该蜂窝用户终端的所有候选信道的各自总效用，将该蜂窝用户终端分配至总效用最高的信道，所述候选信道包括所述占用的多个空闲非授权毫米波信道以及所述蜂窝用户终端未分配的授权毫米波信道。

示例地，以一个蜂窝用户终端信道分配过程为例，针对蜂窝用户终端在本轮分配的信道，将该蜂窝用户终端在该信道的整个目标RF预编码器，以及，在该信道的目标数字预编码器中对应的列，扩展至该蜂窝用户终端可选的候选信道，获得该蜂窝用户终端的所有候选信道的各自总效用，将该蜂窝用户终端分配至总效用最高的信道。该子步骤，对所有蜂窝用户终端分配至各自总效用最高的候选信道的过程与步骤S203类似，在此不再赘述。当完成所有蜂窝用户终端分配至各自总效用最高的候选信道后，执行子步骤S2044。

子步骤S2044：根据所有蜂窝用户终端分配至各自总效用最高的信道，获得所有蜂窝用户终端的信道分配结果，返回子步骤S2041。

基于同一发明构思，本申请一实施例提供了一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形装置，请参考图7,图7是本申请实施例中一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形装置的示意图，如图7所示，所述装置包括：

检测模块701，基站对非授权毫米波信道进行信道检测，并触发蜂窝用户终端对非授权毫米波信道进行信道检测；根据基站的检测结果和所述蜂窝用户终端的检测结果，占用多个空闲非授权毫米波信道；

迭代优化模块702，用于对所有蜂窝用户终端的接入信道的各自RF预编码器和数字预编码器进行迭代优化，直到所述RF预编码器和所述数字预编码器不再随对方而变化，得到所述接入信道的各自目标RF预编码器和目标数字预编码器；

信道选择模块703，针对蜂窝用户终端的接入信道，将所述蜂窝用户终端在所述接入信道的整个目标RF预编码器，以及，在所述接入信道的目标数字预编码器中对应的列，扩展至所述蜂窝用户终端可选的候选信道，用于求解总效用，获得所述蜂窝用户终端的所有候选信道的各自总效用，将所述蜂窝用户终端分配至所述总效用最高的信道，所述候选信道包括所述占用的多个空闲非授权毫米波信道以及所述蜂窝用户终端未接入的授权毫米波信道；

信道分配模块704，根据所有蜂窝用户终端分配至各自总效用最高的信道，获得所有蜂窝用户终端的信道分配结果。

可选地，所述信道分配模块，包括：

判断模块705，用于执行步骤1：当本轮信道分配结果与上一轮信道分配结果相同时，结束算法，否则执行步骤2；

迭代优化模块，用于执行步骤2：将本轮信道分配结果中包括的所有信道的各自RF预编码器和数字预编码器进行迭代优化，直到RF预编码器和数字预编码器不再随对方而变化，得到本轮信道分配结果中包括的所有信道的各自目标RF预编码器和目标数字预编码器；

信道选择模块，用于执行步骤3针对蜂窝用户终端在本轮分配的信道，将该蜂窝用户终端在该信道的整个目标RF预编码器，以及，在该信道的目标数字预编码器中对应的列，扩展至该蜂窝用户终端可选的候选信道，用于求解总效用，获得该蜂窝用户终端的所有候选信道的各自总效用，将该蜂窝用户终端分配至总效用最高的信道，所述候选信道包括所述占用的多个空闲非授权毫米波信道以及所述蜂窝用户终端未分配的授权毫米波信道；

信道分配模块，用于执行步骤4：根据所有蜂窝用户终端分配至各自总效用最高的信道，获得所有蜂窝用户终端的信道分配结果，返回步骤1。

可选地，所述迭代优化模块，包括：

数字预编码器优化模块，用于执行步骤1：根据上一轮迭代得到的信道RF预编码器结果V_RF矩阵，通过注水算法得到该信道中的所有用户终端接收到的信号功率矩阵P，再根据得到的信号功率矩阵，通过波束赋形中的迫零均衡性质得到优化后的数字预编码器结果V_Q矩阵；

RF预编码器模块，用于执行步骤2：通过本轮优化得到的数字预编码器结果V_Q矩阵，根据RF预编码器中每个元素的独立性，利用拉格朗日乘子法求解出RF预编码器中的每个元素V_RF(i，j)，获得优化后的RF预编码器结果V_RF矩阵；

预编码器判断模块，用于执行步骤3：当优化后的RF预编码器结果V_RF矩阵和优化后的数字预编码器结果V_Q矩阵不再随对方而变化时，停止迭代，得到该信道的目标RF预编码器和目标数字预编码器，否则，返回步骤1。

可选地，所述信道分配模块中的非授权毫米波信道具有占空周期，所述占空周期包括非共享时段，以及，共享时段；

在非共享时段内，WiGig用户终端独自占用所述非授权毫米波信道进行数据传输，在共享时段内，蜂窝用户终端与WiGig用户终端共享所述非授权毫米波信道进行数据传输。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

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

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(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终端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终端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终端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终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端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终端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。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做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实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者终端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、物品或者终端设备所固有的要素。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、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形方法和装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形方法，其特征在于，应用于基站，所述方法包括：

基站对非授权毫米波信道进行信道检测，并触发蜂窝用户终端对非授权毫米波信道进行信道检测；

根据基站的检测结果和蜂窝用户终端的检测结果，占用多个空闲非授权毫米波信道；

以最大化蜂窝用户终端的传输速率，并最小化蜂窝用户终端对所在信道的干扰为优化目标，对所有蜂窝用户终端的接入信道的各自RF预编码器和数字预编码器进行迭代优化，直到所述RF预编码器和所述数字预编码器不再随对方而变化，得到所述接入信道的各自目标RF预编码器和目标数字预编码器；

针对蜂窝用户终端的接入信道，将所述蜂窝用户终端在所述接入信道的整个目标RF预编码器，以及，在所述接入信道的目标数字预编码器中对应的列，扩展至所述蜂窝用户终端可选的候选信道，用于求解总效用，获得所述蜂窝用户终端的所有候选信道的各自总效用，将所述蜂窝用户终端分配至所述总效用最高的信道，所述候选信道包括所述占用的多个空闲非授权毫米波信道以及所述蜂窝用户终端未接入的授权毫米波信道；

根据所有蜂窝用户终端分配至各自总效用最高的信道，获得所有蜂窝用户终端的信道分配结果；

所述信道分配结果中的空闲非授权毫米波信道，蜂窝用户终端与WiGig用户终端共享所述空闲非授权毫米波信道进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得所有蜂窝用户终端的信道分配结果，包括以下步骤：

步骤1：当本轮信道分配结果与上一轮信道分配结果相同时，结束算法，否则执行步骤2；

步骤2:将本轮信道分配结果中包括的所有信道的各自RF预编码器和数字预编码器进行迭代优化，直到RF预编码器和数字预编码器不再随对方而变化，得到本轮信道分配结果中包括的所有信道的各自目标RF预编码器和目标数字预编码器；

步骤3：针对蜂窝用户终端在本轮分配的信道，将该蜂窝用户终端在该信道的整个目标RF预编码器，以及，在该信道的目标数字预编码器中对应的列，扩展至该蜂窝用户终端可选的候选信道，用于求解总效用，获得该蜂窝用户终端的所有候选信道的各自总效用，将该蜂窝用户终端分配至总效用最高的信道，所述候选信道包括所述占用的多个空闲非授权毫米波信道以及所述蜂窝用户终端未分配的授权毫米波信道；

步骤4：根据所有蜂窝用户终端分配至各自总效用最高的信道，获得所有蜂窝用户终端的信道分配结果，返回步骤1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述迭代优化，包括以下步骤：

步骤1：根据上一轮迭代得到的信道RF预编码器结果V_RF矩阵，通过注水算法得到该信道中的所有用户终端接收到的信号功率矩阵P，再根据得到的信号功率矩阵，通过波束赋形中的迫零均衡性质得到优化后的数字预编码器结果V_Q矩阵；

步骤2：通过本轮优化得到的数字预编码器结果V_Q矩阵，根据RF预编码器中每个元素的独立性，利用拉格朗日乘子法求解出RF预编码器中的每个元素V_RF(i，j)，获得优化后的RF预编码器结果V_RF矩阵；

步骤3：当优化后的RF预编码器结果V_RF矩阵和优化后的数字预编码器结果V_Q矩阵不再随对方而变化时，停止迭代，得到该信道的目标RF预编码器和目标数字预编码器，否则，返回步骤1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非授权毫米波信道具有占空周期，所述占空周期包括非共享时段，以及，共享时段；

在非共享时段内，WiGig用户终端独自占用所述非授权毫米波信道进行数据传输，在共享时段内，蜂窝用户终端与WiGig用户终端共享所述非授权毫米波信道进行数据传输。

5.一种毫米波段非授权频谱的接入和波束赋形装置，其特征在于，包括：

检测模块，基站对非授权毫米波信道进行信道检测，并触发蜂窝用户终端对非授权毫米波信道进行信道检测；根据基站的检测结果和所述蜂窝用户终端的检测结果，占用多个空闲非授权毫米波信道；

迭代优化模块，用于对所有蜂窝用户终端的接入信道的各自RF预编码器和数字预编码器进行迭代优化，直到所述RF预编码器和所述数字预编码器不再随对方而变化，得到所述接入信道的各自目标RF预编码器和目标数字预编码器；

信道选择模块，针对蜂窝用户终端的接入信道，将所述蜂窝用户终端在所述接入信道的整个目标RF预编码器，以及，在所述接入信道的目标数字预编码器中对应的列，扩展至所述蜂窝用户终端可选的候选信道，用于求解总效用，获得所述蜂窝用户终端的所有候选信道的各自总效用，将所述蜂窝用户终端分配至所述总效用最高的信道，所述候选信道包括所述占用的多个空闲非授权毫米波信道以及所述蜂窝用户终端未接入的授权毫米波信道；

信道分配模块，根据所有蜂窝用户终端分配至各自总效用最高的信道，获得所有蜂窝用户终端的信道分配结果；所述信道分配结果中的空闲非授权毫米波信道，蜂窝用户终端与WiGig用户终端共享所述空闲非授权毫米波信道进行数据传输。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信道分配模块，包括：

判断模块，用于执行步骤1：当本轮信道分配结果与上一轮信道分配结果相同时，结束算法，否则执行步骤2；

迭代优化模块，用于执行步骤2：将本轮信道分配结果中包括的所有信道的各自RF预编码器和数字预编码器进行迭代优化，直到RF预编码器和数字预编码器不再随对方而变化，得到本轮信道分配结果中包括的所有信道的各自目标RF预编码器和目标数字预编码器；

信道选择模块，用于执行步骤3：针对蜂窝用户终端在本轮分配的信道，将该蜂窝用户终端在该信道的整个目标RF预编码器，以及，在该信道的目标数字预编码器中对应的列，扩展至该蜂窝用户终端可选的候选信道，用于求解总效用，获得该蜂窝用户终端的所有候选信道的各自总效用，将该蜂窝用户终端分配至总效用最高的信道，所述候选信道包括所述占用的多个空闲非授权毫米波信道以及所述蜂窝用户终端未分配的授权毫米波信道；

信道分配模块，用于执行步骤4：根据所有蜂窝用户终端分配至各自总效用最高的信道，获得所有蜂窝用户终端的信道分配结果，返回步骤1。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述迭代优化模块，包括：

数字预编码器优化模块，用于执行步骤1：根据上一轮迭代得到的信道RF预编码器结果V_RF矩阵，通过注水算法得到该信道中的所有用户终端接收到的信号功率矩阵P，再根据得到的信号功率矩阵，通过波束赋形中的迫零均衡性质得到优化后的数字预编码器结果V_Q矩阵；

RF预编码器模块，用于执行步骤2：通过本轮优化得到的数字预编码器结果V_Q矩阵，根据RF预编码器中每个元素的独立性，利用拉格朗日乘子法求解出RF预编码器中的每个元素V_RF(i，j)，获得优化后的RF预编码器结果V_RF矩阵；

预编码器判断模块，用于执行步骤3：当优化后的RF预编码器结果V_RF矩阵和优化后的数字预编码器结果V_Q矩阵不再随对方而变化时，停止迭代，得到该信道的目标RF预编码器和目标数字预编码器，否则，返回步骤1。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信道分配模块中的非授权毫米波信道具有占空周期，所述占空周期包括非共享时段，以及，共享时段；

在非共享时段内，WiGig用户终端独自占用所述非授权毫米波信道进行数据传输，在共享时段内，蜂窝用户终端与WiGig用户终端共享所述非授权毫米波信道进行数据传输。

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