CN113630169B - 定向波束对准系统、方法、通信设备和存储介质 - Google Patents

定向波束对准系统、方法、通信设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种定向波束对准系统、方法、通信设备和存储介质。所述系统包括发射端和接收端；发射端包含定向发射波束；接收端包含定向接收波束；发射端用于对定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组；通过定向发射波束组，发送预设的导频信号至接收端；接收端用于接收导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号；根据导频接收信号的信号强度，在定向接收波束中确定定向波束对准的接收端对准波束。采用本方法能够减少波束搜索次数，提高定向波束对准效率。

Description

定向波束对准系统、方法、通信设备和存储介质
技术领域
本申请涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种定向波束对准系统、方法、通信设备和存储介质。
背景技术
定向天线是指在特定方向上发射和接收电磁波特别强，而在其他方向上发射和接收电磁波为零或极小的一种天线，相比于全向天线，定向天线可以通过软件控制产生定向波束，使用定向波束进行信号传输，能够获得较高的天线增益。在应用于组网业务时，定向波束辐射能量集中，通信距离较远，通过多个定向波束进行空分复用，还可以提高系统容量，因此基于定向天线的无线通信组网具备覆盖范围广、系统容量大的优点，但是在组网过程中却存在节点之间波束不易对准的问题。
传统技术中，采用轮询方法对节点之间的定向波束进行对准，通过对发射节点和接收节点之间所有可能的波束组合进行搜索，从中选取一对增益最大的发射波束和接收波束进行配对，来实现定向波束对准。然而，轮询方法运算量较高，建网初期容易导致波束搜索和配对的效率较低，并且在节点移动或转向场景下，难以对节点之间增益最大的发射波束和接收波束进行实时对准，不易获取最大天线增益。
因此，目前的定向波束对准技术存在波束对准效率较低的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高波束对准效率的定向波束对准系统、方法、通信设备和存储介质。
一种定向波束对准系统，所述系统包括发射端和接收端；所述发射端包含定向发射波束；所述接收端包含定向接收波束；
所述发射端，用于对所述定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组；通过所述定向发射波束组，发送预设的导频信号至所述接收端；
所述接收端，用于接收所述导频信号，得到所述定向接收波束对应的导频接收信号；根据所述导频接收信号的信号强度，在所述定向接收波束中确定所述定向波束对准的接收端对准波束。
在其中一个实施例中，所述接收端，还用于对所述定向接收波束进行分组，得到定向接收波束组；
所述接收端，还用于选取包含所述接收端对准波束在内的所述定向接收波束组，得到对准波束组；通过所述对准波束组，发送所述导频信号至所述发射端，以供所述发射端根据接收到的所述导频信号，在所述定向发射波束中确定所述定向波束对准的发射端对准波束。
在其中一个实施例中，所述接收端对准波束包括接收端粗对准波束；所述接收端，还用于对所述导频接收信号进行空域滤波，得到空域滤波信号；通过将所述空域滤波信号与预设的本地导频信号进行相关运算，得到所述定向接收波束对应的相关峰值；根据所述相关峰值中的最大值，在所述定向接收波束中确定所述接收端粗对准波束。
在其中一个实施例中，所述接收端对准波束还包括接收端精对准波束；所述发射端，还用于通过所述发射端对准波束，发送所述导频信号至所述接收端；
所述接收端，还用于通过所述接收端粗对准波束接收所述导频信号，得到粗对准接收信号；计算所述粗对准接收信号的波达方向；根据所述波达方向，确定所述接收端精对准波束。
在其中一个实施例中，所述发射端，还用于通过所述发射端对准波束，按照预设的周期发送所述导频信号至所述接收端；
所述接收端，还用于通过所述接收端精对准波束接收所述导频信号，得到精对准接收信号；计算所述精对准接收信号的波达方向；根据所述波达方向，更新所述接收端精对准波束。
在其中一个实施例中，所述发射端，还用于根据所述定向发射波束的波束角度，对所述定向发射波束进行面划分，得到定向发射波束面；根据所述定向发射波束面，对所述定向发射波束进行编号，得到所述定向发射波束的发射波束标识；根据所述发射波束标识，对所述定向发射波束进行分组，得到所述定向发射波束组。
在其中一个实施例中，所述发射波束标识包括第一发射波束标识和第二发射波束标识；所述发射端，还用于根据所述第一发射波束标识发送第一导频信号至所述接收端，以供所述接收端根据接收到的所述第一导频信号确定接收端第一对准波束；
所述发射端，还用于根据所述第一发射波束标识确定所述第二发射波束标识；根据所述第二发射波束标识发送第二导频信号至所述接收端，以供所述接收端根据接收到的所述第二导频信号确定接收端第二对准波束。
在其中一个实施例中，所述接收端，还用于根据所述定向接收波束的波束角度，对所述定向接收波束进行面划分，得到定向接收波束面；根据所述定向接收波束面，对所述定向接收波束进行编号，得到所述定向接收波束的接收波束标识；根据所述接收波束标识，对所述定向接收波束进行分组，得到所述定向接收波束组。
一种定向波束对准方法，所述方法包括：
对定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组；
通过所述定向发射波束组，发送预设的导频信号至接收端，以供所述接收端接收所述导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号，并根据所述导频接收信号的信号强度，在所述定向接收波束中确定所述定向波束对准的接收端对准波束。
一种定向波束对准方法，所述方法包括：
接收导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号；所述导频信号为发射端对定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组，通过所述定向发射波束组发送的预设导频信号；
根据所述导频接收信号的信号强度，在所述定向接收波束中确定所述定向波束对准的接收端对准波束。
一种通信设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
对定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组；
通过所述定向发射波束组，发送预设的导频信号至接收端，以供所述接收端接收所述导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号，并根据所述导频接收信号的信号强度，在所述定向接收波束中确定所述定向波束对准的接收端对准波束。
一种通信设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
接收导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号；所述导频信号为发射端对定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组，通过所述定向发射波束组发送的预设导频信号；
根据所述导频接收信号的信号强度，在所述定向接收波束中确定所述定向波束对准的接收端对准波束。
一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
对定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组；
通过所述定向发射波束组，发送预设的导频信号至接收端，以供所述接收端接收所述导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号，并根据所述导频接收信号的信号强度，在所述定向接收波束中确定所述定向波束对准的接收端对准波束。
一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
接收导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号；所述导频信号为发射端对定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组，通过所述定向发射波束组发送的预设导频信号；
根据所述导频接收信号的信号强度，在所述定向接收波束中确定所述定向波束对准的接收端对准波束。
上述定向波束对准系统、方法、通信设备和存储介质，通过发射端对定向发射波束进行分组得到定向发射波束组，通过定向发射波束组发送预设的导频信号至接收端，可以使用多个定向发射波束同时发送导频信号，减少导频信号的发送次数；接收端接收导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号，根据导频接收信号的信号强度，在定向接收波束中确定接收端对准波束，可以在一次导频信号发送中搜索到接收端对准波束，减少波束搜索次数，提高定向波束对准效率。
附图说明
图1为一个实施例中定向波束对准系统的结构框图；
图2为一个实施例中定向波束对准系统发射端和接收端的结构框图；
图3为一个实施例中定向波束对准的示意图；
图4为一个实施例中定向波束粗对准的示意图；
图5为一个实施例中定向波束精对准的示意图；
图6为一个实施例中定向波束对准方法的流程示意图；
图7为另一个实施例中定向波束对准方法的流程示意图；
图8为一个实施例中通信设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种定向波束对准系统100，包括发射端102和接收端104，其中，发射端102发送无线通信信号至接收端104。发射端102可以是公用移动通信系统中的终端设备，也可以是公用移动通信系统中的基站。接收端104可以是公用移动通信系统中的终端设备，也可以是公用移动通信系统中的基站。其中，发射端102配置有定向发射天线，可以形成定向发射波束，接收端104配置有定向接收天线，可以形成定向接收波束。
发射端102，用于对定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组；通过定向发射波束组，发送预设的导频信号至接收端104。
其中，导频信号是为了测量接收信号强度而发送的一组测试信号，可以为广播信息中的同步信号，具体可以为一组伪随机序列。
具体实现中，可以在发射端102设置一个中心控制单元和N个天线单元，中心控制单元可以控制N个天线单元，其中每个天线单元可以形成M个定向发射波束，N和M通常为正整数，当计算资源充足时，M可以取较大值，此外，M个定向发射波束中还可以包含M-1个固定波束和1个自适应波束。M个定向发射波束发射方向不同，因此，天线单元可以相当于一个面天线，在中心控制单元控制下，发射端102可以实现相当于全向天线的360°全向发射覆盖。中心控制单元可以根据波束方向对发射端102的所有定向发射波束进行面划分，得到N个定向发射波束面，在每个定向发射波束面内对波束进行编号，得到发射波束标识m＝1，2，……，M，中心控制单元可以根据发射波束标识对定向发射波束进行分组，得到M个定向发射波束组，并将预设的导频信号通过定向发射波束组，发送至接收端104，其中，同一个波束组内的N个波束可以在同一时刻发送相同的导频信号。
在一个具体实施方式中，如图2所示，提供了定向波束对准系统100发射端102的结构框图，其中包括定向发射波束、天线单元和中心控制单元，其中天线单元对定向发射波束进行分布式控制，中心控制单元对定向发射波束进行集中式控制。可以在发射端102配置4个天线单元，每个天线单元能够形成5个定向发射波束，每个定向发射波束覆盖18°角度范围，因此，1个天线单元可以覆盖18°×5＝90°范围，进而4个天线单元可以实现90°×4＝360°的全向覆盖。由于定向天线在一个时隙内只能发射一个波束方向的信号，可以将一个天线单元所覆盖的90°划分为一个定向发射波束面，并对定向发射波束面内的定向发射波束进行编号，例如，如图2所示，中心控制单元可以将属于一个天线单元的定向发射波束按顺时针方向依次标识为1、2、3、4、5，并将标识相同的定向发射波束分为一组，例如，中心控制单元可以将所有标识为1的定向发射波束分配为第一组，将所有标识为2的定向发射波束分配为第二组……，当需要进行广播时，中心控制单元可以指挥各个天线单元在第一个时隙通过第一组波束发送第一时隙广播信息，在第二个时隙通过第二组波束发送第二时隙广播信息……，从而实现广播信息的全向覆盖，其中，广播信息中可以携带导频信号。
接收端104，用于接收导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号；根据导频接收信号的信号强度，在定向接收波束中确定定向波束对准的接收端对准波束。
其中，导频接收信号为接收端104通过定向接收天线接收空口信号，并对空口信号进行空域滤波，所得到的信号。
其中，导频接收信号的信号强度为导频接收信号与本地导频信号进行相关运算，所得到的相关峰值。
具体实现中，接收端104可以设置与发射端102相似的一个中心控制单元和N个天线单元，中心控制单元可以控制N个天线单元，其中每个天线单元可以形成M个定向接收波束，M个定向接收波束中可以包含M-1个固定波束和1个自适应波束，M个定向接收波束接收方向不同，因此，天线单元可以相当于一个面天线，在中心控制单元控制下，接收端104可以实现相当于全向天线的360°全向接收覆盖。中心控制单元可以根据波束方向对接收端104的所有定向接收波束进行面划分，得到N个定向接收波束面，在每个定向接收波束面内对波束进行编号，得到接收波束标识m＝1，2，……，M。接收端104可以通过中心控制单元控制所有天线单元在接收到一个广播时隙的空口信号后，对空口信号进行空域滤波，得到N×M个导频接收信号，其中每个导频接收信号与一个定向接收波束相对应，通过将导频接收信号与接收端104的本地导频信号进行相关运算，可以得到定向接收波束对应的相关峰，在所有相关峰中选取一个最大相关峰，最大相关峰对应的定向接收波束即为接收端对准波束。
在一个具体实施方式中，如图3所示，提供了发射端102与接收端104之间定向波束对准的示意图。其中，发射端102的天线单元除了可以发射固定波束1-5，还可以根据DOA(Direction Of Arrival，波达方向)等信息发射精确到0.5°的自适应波束，如图中的波束6所示，在接收端104同样可以配置固定波束1-5和自适应波束6，通过使用自适应波束进行发送和接收，可以在定向业务传输中获取最大的天线增益。接收端104的一个天线单元在接收到一个广播时隙的空口信号后，可以使用预设系数对空口信号进行空域滤波，其中预设系数可以为与5个固定波束和1个自适应波束相对应的6个滤波系数，空域滤波后可以得到5个固定波束方向的空域滤波信号和1个自适应方向的空域滤波信号，使用本地导频对上述6路信号进行相关运算，可以得到与6个波束方向相对应的相关峰。使用上述方法在所有天线单元进行空域滤波和相关运算，可以得到与所有定向接收波束相对应的相关峰，例如，6×4＝24个相关峰，从中选取一个最大相关峰，相应的定向接收波束即为接收端对准波束。进一步地，接收端104还可以将一个天线单元所覆盖的90°划分为一个定向接收波束面，并针对每个定向接收波束面计算接收信号强度，可得到4个信号强度，其中最大值所对应的波束面可以确定为最佳定向接收波束面，在该波束面内进行空域滤波、相关运算和相关峰选取，通过在6个相关峰中选取最大值，可以确定最佳的接收端对准波束。
在另一个具体实施方式中，在确定接收端对准波束后，可以通过接收端104向发射端102发送导频信号，确定发射端102对准波束。接收端104可以根据接收波束标识对定向接收波束进行分组，得到若干定向接收波束组，从中选取一个包含接收端对准波束在内的定向接收波束组，将预设的导频信号通过该定向接收波束组发送至发射端102，发射端102通过进行空域滤波、相关运算和相关峰选取，可以确定发射端对准波束。以图3为例，接收端104可以设置所有标识为1的定向接收波束为第一组，在确定天线单元e中标识为1的波束为接收端对准波束后，通过第一组定向接收波束发送导频信号至发射端102，发射端102经过空域滤波、相关运算和相关峰选取，在定向发射波束中确定发射端对准波束。利用发射端对准波束与接收端对准波束进行波束对准，能够实现天线增益最大化。
在另一个具体实施方式中，在接收端104获取到最大相关峰，并将最大相关峰对应的信号确定为最佳接收信号后，可以将最佳接收信号及其对应的波束信息传输至接收端104的中心控制单元，通过中心控制单元对最佳接收信号进行波束分集合并、解MIMO、解调、解码等处理，得到接收到的数据信号，其中波束信息包括接收端对准波束的波束角度、信噪比和相关峰能量。
在另一个具体实施方式中，在多节点组网场景下，可以在网络中将各个节点及各个节点的发射波束标识按照发送时隙的先后顺序依次进行存储，在当前时隙通过指定节点的指定波束发送广播信息，并根据广播信息确定当前节点的接收端对准波束后，可以根据预先存储的上述信息，确定下一时隙用于发送广播信息的节点及该节点的发射波束。例如，在网络中可以预先存储一个如表1所示的查找表，当前时隙T通过节点1上的第一组波束发送广播信息，在确定节点1第一组波束的对准波束后，在下一时隙T+1通过节点1上的第二组波束发送广播信息，确定节点1第二组波束的对准波束，依此类推。
表1
上述定向波束对准系统，通过发射端对定向发射波束进行分组得到定向发射波束组，通过定向发射波束组发送预设的导频信号至接收端，可以使用多个定向发射波束同时发送导频信号，减少导频信号的发送次数；接收端接收导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号，根据导频接收信号的信号强度，在定向接收波束中确定接收端对准波束，可以在一次导频信号发送中搜索到接收端对准波束，减少波束搜索次数，提高定向波束对准效率。
为了便于本领域技术人员深入理解本申请实施例，以下将结合图3-5，对本申请实施例进行具体说明。
如图3所示，发射端可以在第一个时隙，通过标识为1的四个定向发射波束发送同步广播信号，四个定向发射波束可以发送相同的同步广播信号，接收端通过四个天线单元接收同步广播信号，之后，可以采用两种方法来获取接收端对准波束：1)在第一种方法中，根据每个天线单元的接收信号强度，可以初步判定接收端对准波束所处的波束面，然后在该波束面中确定接收端对准波束。例如，通过四个天线单元接收同步广播信号，若天线单元e的接收信号最强，可以判定接收端对准波束位于天线单元e对应的波束面上，后续可以在天线单元e上确定接收端对准波束，例如，可以对天线单元e接收到的空口信号进行空域滤波和相关运算，得到天线单元e上5个固定波束和1个自适应波束对应的相关峰，其中标识为2的波束对应最大相关峰，可以确定接收端对准波束为天线单元e上标识为2的波束；2)在第二种方法中，接收端可以控制四个天线单元同时对接收到的空口信号进行空域滤波和相关运算，得到四个天线单元上20个固定波束、4个自适应波束对应的相关峰，其中，天线单元e上标识为2的波束对应最大相关峰，可以确定接收端对准波束为天线单元e上标识为2的波束。
在确定接收端对准波束后，可以根据接收端对准波束确定发射端对准波束。例如，在确定接收端对准波束为天线单元e上标识为2的波束后，可以通过接收端标识为2的四个定向接收波束发送同步广播信号，并在发射端使用与上述同样的方法确定发射端对准波束，例如，发射端可以控制四个天线单元对接收到的空口信号进行空域滤波和相关运算，得到20个固定波束和4个自适应波束对应的相关峰，若天线单元c上标识为1的波束对应最大相关峰，可以确定发射端对准波束为天线单元c上标识为1的波束。之后，在第二个时隙，可以根据网络中预先存储的节点及节点发射波束标识的先后顺序，通过标识为2的四个定向发射波束发送同步广播信号，通过上述同样的方法，可以确定接收端对准波束为接收端天线单元e上标识为1的波束，以及发射端对准波束为发射端天线单元c上标识为2的波束。
如图4所示，提供了定向波束粗对准的示意图。节点A通过标识为1的波束发送同步广播信号，节点B使用滤波系数对接收到的空口信号进行空域滤波、使用本地同步信号进行相关运算，通过选取最大相关峰，可以确定接收端对准波束为节点B中标识为2的定向波束，并且发射端对准波束为节点A中标识为1的波束。通过节点A的波束1与节点B的波束2进行对准，可以使天线增益最大化，为了进一步提高天线增益，还可以引入自适应波束进行精对准。
如图5所示，提供了定向波束精对准的示意图，其中，节点A和节点B分别包含一个标识为6的自适应波束，自适应波束可以以0.5°为步进，实现精度为0.5°的精对准。节点A通过自适应波束向节点B发送同步广播信号，节点B可以先通过定向波束粗对准确定标识为1的固定波束为接收端对准波束，在下次接收节点A通过自适应波束发送的同步广播信号时，节点B可以计算接收信号的DOA信息，根据DOA信息确定节点B中自适应波束6的波束角度，从而完成精确到0.5°的定向波束精对准。
进一步地，为确保在节点运动或转向过程中能够继续保持定向波束精对准，确保天线增益，节点A可以周期性发送同步广播信号，节点B可以根据上一个周期得到的波束对准结果，重新计算当前周期的DOA信息，并根据当前周期的DOA信息更新对准波束。实际应用中，可以根据接入协议中的时序将更新周期设置为0.5s，以节点的移动速度以及转向速度为80km/h为例，0.5s的更新周期可以保证天线能够时刻保持精确对准。
上述系统通过采用分布式定向天线部署，利用多个分布式天线面的多个定向波束同发同收，可以提高波束搜索、对准和跟踪的效率；进一步地，通过在单个分布式天线面(单个天线单元)的内部采用慢发(N个天线单元控制N个定向发射波束同时发送一组同步广播信号)快搜(N个天线单元通过M组系数对N×M个定向接收波束同时进行搜索)进行天线波束粗对准，利用DOA进行天线波束精对准，以及在节点移动或转向过程中进行对准波束的快速跟踪，可以减少波束搜索和配对的时间、确保对准波束实现最大天线增益。
在一个实施例中，上述接收端，还用于对定向接收波束进行分组，得到定向接收波束组；上述接收端，还用于选取包含接收端对准波束在内的定向接收波束组，得到对准波束组；通过对准波束组，发送导频信号至发射端，以供发射端根据接收到的导频信号，在定向发射波束中确定定向波束对准的发射端对准波束。
具体实现中，在确定接收端对准波束后，可以通过接收端向发射端发送导频信号，确定发射端对准波束。接收端可以根据接收波束标识对定向接收波束进行分组，得到若干定向接收波束组，从中选取一个包含接收端对准波束在内的定向接收波束组，作为对准波束组，将预设的导频信号通过对准波束组发送至发射端，发射端通过进行空域滤波、相关运算和相关峰选取，可以确定发射端对准波束。以图3为例，接收端可以设置所有标识为1的定向接收波束为第一组，在确定天线单元e中标识为1的波束为接收端对准波束后，可以将第一组定向接收波束确定为对准波束组，通过对准波束组发送导频信号至发射端，发射端经过空域滤波、相关运算和相关峰选取，在定向发射波束中确定发射端对准波束。
本实施例中，通过接收端对定向接收波束进行分组，得到定向接收波束组，可以使用多个定向接收波束同时发送导频信号，减少导频信号的发送次数；选取包含接收端对准波束在内的定向接收波束组，得到对准波束组，可以在选取与接收端对准波束相对准的接收端波束；通过对准波束组，发送导频信号至发射端，可以在一次导频信号发送中搜索到发射端对准波束，减少波束搜索次数，提高定向波束对准效率。
在一个实施例中，接收端对准波束包括接收端粗对准波束；上述接收端，还用于对导频接收信号进行空域滤波，得到空域滤波信号；通过将空域滤波信号与预设的本地导频信号进行相关运算，得到定向接收波束对应的相关峰值；根据相关峰值中的最大值，在定向接收波束中确定接收端粗对准波束。
具体实现中，发射端通过标识为m(m＝1，2，……M)的N个定向发射波束发送同步广播信号，接收端在接收到空口信号后，天线单元使用预设的滤波系数对空口信号进行空域滤波，得到空域滤波信号，其中滤波系数与该天线单元上的定向接收波束相对应，得到的空域滤波信号也与定向接收波束相对应，使用本地导频信号对空域滤波信号进行相关运算，得到空域滤波信号的相关峰，通过选取最大相关峰，可以确定与最大相关峰相对应的定向接收波束为接收端粗对准波束。
本实施例中，通过接收端对导频接收信号进行空域滤波，得到空域滤波信号，可以滤除其他方向的电磁波，确保定向接收空间波束；通过将空域滤波信号与预设的本地导频信号进行相关运算，得到定向接收波束对应的相关峰值，可以衡量接收信号的信号增益；根据相关峰值中的最大值，在定向接收波束中确定接收端粗对准波束，可以确保接收端粗对准波束的信号增益最大化。
在一个实施例中，接收端对准波束还包括接收端精对准波束；上述发射端，还用于通过发射端对准波束，发送导频信号至接收端；上述接收端，还用于通过接收端粗对准波束接收导频信号，得到粗对准接收信号；计算粗对准接收信号的波达方向；根据波达方向，确定接收端精对准波束。
具体实现中，发射端和接收端可以分别包含一个自适应波束，用于实现发射端和接收端之间的波束精对准，其中发射端对准波束可以为发射端的自适应波束，自适应波束可以以0.5°为步进，实现精度为0.5°的精对准。发射端通过自适应波束向接收端发送导频信号，接收端可以先确定接收端粗对准波束，在下次发射端通过自适应波束发送导频信号时，接收端通过接收端粗对准波束接收导频信号，得到粗对准接收信号，并计算粗对准接收信号的DOA信息，根据DOA信息确定接收端自适应波束的波束角度，可以得到接收端精对准波束，实现精确到0.5°的定向波束精对准。
本实施例中，发射端通过发射端对准波束发送导频信号至接收端，通过接收端粗对准波束接收导频信号，得到粗对准接收信号，计算粗对准接收信号的波达方向，根据波达方向，确定接收端精对准波束，可以实现自适应波束的精对准，提高波束对准的天线增益。
在一个实施例中，上述发射端，还用于通过发射端对准波束，按照预设的周期发送导频信号至接收端；上述接收端，还用于通过接收端精对准波束接收导频信号，得到精对准接收信号；计算精对准接收信号的波达方向；根据波达方向，更新接收端精对准波束。
具体实现中，发射端可以周期性发送导频信号，接收端可以根据上一个周期得到的波束对准结果，重新计算当前周期的DOA信息，并根据当前周期的DOA信息更新接收端精对准波束。实际应用中，可以根据接入协议中的时序将更新周期设置为0.5s，以节点的移动速度以及转向速度为80km/h为例，0.5s的更新周期可以保证天线能够时刻保持精确对准。
本实施例中，发射端通过发射端对准波束，按照预设的周期发送导频信号至接收端，可以周期性进行波束对准；接收端通过接收端精对准波束接收导频信号，得到精对准接收信号，计算精对准接收信号的波达方向，根据波达方向，更新接收端精对准波束，可以确保在节点运动或转向过程中继续保持定向波束精对准，保证节点运动过程中的天线增益。
在一个实施例中，上述发射端，还用于根据定向发射波束的波束角度，对定向发射波束进行面划分，得到定向发射波束面；根据定向发射波束面，对定向发射波束进行编号，得到定向发射波束的发射波束标识；根据发射波束标识，对定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组。
具体实现中，可以在发射端设置一个中心控制单元和若干天线单元，中心控制单元可以控制多个天线单元，其中每个天线单元可以形成多个定向发射波束，多个定向发射波束发射方向不同，因此，天线单元可以相当于一个面天线，在中心控制单元控制下，发射端可以实现相当于全向天线的360°全向发射覆盖。中心控制单元可以根据波束方向对发射端的所有定向发射波束进行面划分，得到若干定向发射波束面，在每个定向发射波束面内对波束进行编号，得到发射波束标识，中心控制单元可以根据发射波束标识对定向发射波束进行分组，得到若干定向发射波束组，并将预设的导频信号通过定向发射波束组，发送至接收端。
本实施例中，通过发射端根据定向发射波束的波束角度，对定向发射波束进行面划分，得到定向发射波束面，可以通过天线单元对定向发射波束面进行控制；根据定向发射波束面，对定向发射波束进行编号，得到定向发射波束的发射波束标识，便于根据发射波束标识选取波束；根据发射波束标识，对定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组，可以使用多个定向发射波束同时发送一组导频信号，减少导频信号的发送次数，提高波束对准效率。
在一个实施例中，发射波束标识包括第一发射波束标识和第二发射波束标识；上述发射端，还用于根据第一发射波束标识发送第一导频信号至接收端，以供接收端根据接收到的第一导频信号确定接收端第一对准波束；上述发射端，还用于根据第一发射波束标识确定第二发射波束标识；根据第二发射波束标识发送第二导频信号至接收端，以供接收端根据接收到的第二导频信号确定接收端第二对准波束。
其中，第一发射波束标识为当前时隙用于发送导频信号的定向发射波束的波束标识，第二发射波束标识为下一时隙用于发送导频信号的定向发射波束的波束标识。
其中，第一导频信号为当前时隙发送的导频信号，第二导频信号为下一时隙发送的导频信号。
其中，接收端第一对准波束为当前时隙的接收端对准波束，接收端第二对准波束为下一时隙的接收端对准波束。
具体实现中，在多节点组网场景下，可以在网络中将各个节点及各个节点的发射波束标识按照发送时隙的先后顺序依次进行存储，在当前时隙通过指定节点的指定波束发送导频信号，并根据导频信号确定当前节点的接收端对准波束后，可以根据预先存储的上述信息，确定下一时隙用于发送导频信号的节点及该节点的发射波束。例如，在网络中可以预先存储一个如表1所示的查找表，当前时隙T通过节点1上的第一组波束发送导频信号，在确定节点1第一组波束的对准波束后，在下一时隙T+1通过节点1上的第二组波束发送广播信息，确定节点1第二组波束的对准波束，依此类推。
本实施例中，通过发射端根据第一发射波束标识发送第一导频信号至接收端，可以在接收端确定接收端第一对准波束；根据第一发射波束标识确定第二发射波束标识，可以快速确定下一时隙的发射波束；根据第二发射波束标识发送第二导频信号至接收端，可以在接收端确定接收端第二对准波束，提高定向波束对准效率。
在一个实施例中，上述接收端，还用于根据定向接收波束的波束角度，对定向接收波束进行面划分，得到定向接收波束面；根据定向接收波束面，对定向接收波束进行编号，得到定向接收波束的接收波束标识；根据接收波束标识，对定向接收波束进行分组，得到定向接收波束组。
具体实现中，接收端可以设置与发射端相似的一个中心控制单元和若干天线单元，中心控制单元可以控制多个天线单元，其中每个天线单元可以形成多个定向接收波束，多个定向接收波束接收方向不同，因此，天线单元可以相当于一个面天线，在中心控制单元控制下，接收端可以实现相当于全向天线的360°全向接收覆盖。中心控制单元可以根据波束方向对接收端的所有定向接收波束进行面划分，得到若干定向接收波束面，在每个定向接收波束面内对波束进行编号，得到接收波束标识。在确定接收端对准波束后，可以通过接收端向发射端发送导频信号，确定发射端对准波束。接收端可以根据接收波束标识对定向接收波束进行分组，得到若干定向接收波束组，从中选取一个包含接收端对准波束在内的定向接收波束组，将预设的导频信号通过该定向接收波束组发送至发射端。
本实施例中，通过接收端根据定向接收波束的波束角度，对定向接收波束进行面划分，得到定向接收波束面，可以通过天线单元对定向接收波束面进行控制；根据定向接收波束面，对定向接收波束进行编号，得到定向接收波束的接收波束标识，便于根据接收波束标识选取波束；根据接收波束标识，对定向接收波束进行分组，得到定向接收波束组，可以使用多个定向接收波束同时发送一组导频信号，减少导频信号的发送次数，提高波束对准效率。
在一个实施例中，如图6所示，提供了一种定向波束对准方法，以该方法应用于图1中的发射端102为例进行说明，包括以下步骤：
步骤S610，对定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组；
步骤S620，通过定向发射波束组，发送预设的导频信号至接收端，以供接收端接收导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号，并根据导频接收信号的信号强度，在定向接收波束中确定定向波束对准的接收端对准波束。
具体实现中，可以在发射端设置一个中心控制单元和若干天线单元，中心控制单元可以控制多个天线单元，其中每个天线单元可以形成多个定向发射波束，多个定向发射波束发射方向不同，因此，天线单元可以相当于一个面天线，在中心控制单元控制下，发射端可以实现相当于全向天线的360°全向发射覆盖。中心控制单元可以根据波束方向对发射端的所有定向发射波束进行面划分，得到若干定向发射波束面，在每个定向发射波束面内对波束进行编号，得到发射波束标识，中心控制单元可以根据发射波束标识对定向发射波束进行分组，得到若干定向发射波束组，并将预设的导频信号通过定向发射波束组，发送至接收端。接收端可以设置与发射端相似的一个中心控制单元和若干天线单元，中心控制单元可以控制多个天线单元，其中每个天线单元可以形成多个定向接收波束，中心控制单元可以根据波束方向对接收端的所有定向接收波束进行面划分，得到若干定向接收波束面，在每个定向接收波束面内对波束进行编号，得到接收波束标识。接收端可以通过中心控制单元控制所有天线单元在接收到一个广播时隙的空口信号后，对空口信号进行空域滤波，得到多个导频接收信号，其中每个导频接收信号与一个定向接收波束相对应，通过将导频接收信号与接收端的本地导频信号进行相关运算，可以得到定向接收波束对应的相关峰，在所有相关峰中选取一个最大相关峰，最大相关峰对应的定向接收波束即为接收端对准波束。
上述定向波束对准方法的具体限定可以参见上文中对于定向波束对准系统的限定，由于发射端的处理过程在前述实施例中已有详细说明，在此不再赘述。
上述定向波束对准方法，通过发射端对定向发射波束进行分组得到定向发射波束组，通过定向发射波束组发送预设的导频信号至接收端，可以使用多个定向发射波束同时发送导频信号，减少导频信号的发送次数；接收端接收导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号，根据导频接收信号的信号强度，在定向接收波束中确定接收端对准波束，可以在一次导频信号发送中搜索到接收端对准波束，减少波束搜索次数，提高定向波束对准效率。
在一个实施例中，如图7所示，提供了一种定向波束对准方法，以该方法应用于图1中的接收端104为例进行说明，包括以下步骤：
步骤S710，接收导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号；导频信号为发射端对定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组，通过定向发射波束组发送的预设导频信号；
步骤S720，根据导频接收信号的信号强度，在定向接收波束中确定定向波束对准的接收端对准波束。
具体实现中，可以在发射端设置一个中心控制单元和若干天线单元，中心控制单元可以控制多个天线单元，其中每个天线单元可以形成多个定向发射波束，多个定向发射波束发射方向不同，因此，天线单元可以相当于一个面天线，在中心控制单元控制下，发射端可以实现相当于全向天线的360°全向发射覆盖。中心控制单元可以根据波束方向对发射端的所有定向发射波束进行面划分，得到若干定向发射波束面，在每个定向发射波束面内对波束进行编号，得到发射波束标识，中心控制单元可以根据发射波束标识对定向发射波束进行分组，得到若干定向发射波束组，并将预设的导频信号通过定向发射波束组，发送至接收端。接收端可以设置与发射端相似的一个中心控制单元和若干天线单元，中心控制单元可以控制多个天线单元，其中每个天线单元可以形成多个定向接收波束，中心控制单元可以根据波束方向对接收端的所有定向接收波束进行面划分，得到若干定向接收波束面，在每个定向接收波束面内对波束进行编号，得到接收波束标识。接收端可以通过中心控制单元控制所有天线单元在接收到一个广播时隙的空口信号后，对空口信号进行空域滤波，得到多个导频接收信号，其中每个导频接收信号与一个定向接收波束相对应，通过将导频接收信号与接收端的本地导频信号进行相关运算，可以得到定向接收波束对应的相关峰，在所有相关峰中选取一个最大相关峰，最大相关峰对应的定向接收波束即为接收端对准波束。
上述定向波束对准方法的具体限定可以参见上文中对于定向波束对准系统的限定，由于接收端的处理过程在前述实施例中已有详细说明，在此不再赘述。
上述定向波束对准方法，通过发射端对定向发射波束进行分组得到定向发射波束组，通过定向发射波束组发送预设的导频信号至接收端，可以使用多个定向发射波束同时发送导频信号，减少导频信号的发送次数；接收端接收导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号，根据导频接收信号的信号强度，在定向接收波束中确定接收端对准波束，可以在一次导频信号发送中搜索到接收端对准波束，减少波束搜索次数，提高定向波束对准效率。
应该理解的是，虽然图6-7的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图6-7中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，提供了一种通信设备，该通信设备可以是服务器，其内部结构图可以如图8所示。该通信设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该通信设备的处理器用于提供计算和控制能力。该通信设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该通信设备的数据库用于存储定向波束对准数据。该通信设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种定向波束对准方法。
本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的通信设备的限定，具体的通信设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种通信设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：对定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组；通过定向发射波束组，发送预设的导频信号至接收端，以供接收端接收导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号，并根据导频接收信号的信号强度，在定向接收波束中确定定向波束对准的接收端对准波束。
在一个实施例中，提供了一种通信设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：接收导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号；导频信号为发射端对定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组，通过定向发射波束组发送的预设导频信号；根据导频接收信号的信号强度，在定向接收波束中确定定向波束对准的接收端对准波束。
在一个实施例中，提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：对定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组；通过定向发射波束组，发送预设的导频信号至接收端，以供接收端接收导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号，并根据导频接收信号的信号强度，在定向接收波束中确定定向波束对准的接收端对准波束。
在一个实施例中，提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：接收导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号；导频信号为发射端对定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组，通过定向发射波束组发送的预设导频信号；根据导频接收信号的信号强度，在定向接收波束中确定定向波束对准的接收端对准波束。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种定向波束对准系统，其特征在于，所述系统包括发射端和接收端；所述发射端包含定向发射波束；所述接收端包含定向接收波束；
所述发射端，用于根据所述定向发射波束的波束角度，对所述定向发射波束进行面划分，得到定向发射波束面；根据所述定向发射波束面，对所述定向发射波束进行编号，得到所述定向发射波束的发射波束标识；根据所述发射波束标识，对所述定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组；通过所述定向发射波束组，发送预设的导频信号至所述接收端；
所述接收端，用于接收所述导频信号，得到所述定向接收波束对应的导频接收信号；根据所述导频接收信号的信号强度，在所述定向接收波束中确定所述定向波束对准的接收端对准波束。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接收端，还用于对所述定向接收波束进行分组，得到定向接收波束组；
所述接收端，还用于选取包含所述接收端对准波束在内的所述定向接收波束组，得到对准波束组；通过所述对准波束组，发送所述导频信号至所述发射端，以供所述发射端根据接收到的所述导频信号，在所述定向发射波束中确定所述定向波束对准的发射端对准波束。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述接收端对准波束包括接收端粗对准波束；所述接收端，还用于对所述导频接收信号进行空域滤波，得到空域滤波信号；通过将所述空域滤波信号与预设的本地导频信号进行相关运算，得到所述定向接收波束对应的相关峰值；根据所述相关峰值中的最大值，在所述定向接收波束中确定所述接收端粗对准波束。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述接收端对准波束还包括接收端精对准波束；所述发射端，还用于通过所述发射端对准波束，发送所述导频信号至所述接收端；
所述接收端，还用于通过所述接收端粗对准波束接收所述导频信号，得到粗对准接收信号；计算所述粗对准接收信号的波达方向；根据所述波达方向，确定所述接收端精对准波束。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述发射端，还用于通过所述发射端对准波束，按照预设的周期发送所述导频信号至所述接收端；
所述接收端，还用于通过所述接收端精对准波束接收所述导频信号，得到精对准接收信号；计算所述精对准接收信号的波达方向；根据所述波达方向，更新所述接收端精对准波束。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发射波束标识包括第一发射波束标识和第二发射波束标识；所述发射端，还用于根据所述第一发射波束标识发送第一导频信号至所述接收端，以供所述接收端根据接收到的所述第一导频信号确定接收端第一对准波束；
所述发射端，还用于根据所述第一发射波束标识确定所述第二发射波束标识；根据所述第二发射波束标识发送第二导频信号至所述接收端，以供所述接收端根据接收到的所述第二导频信号确定接收端第二对准波束。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述接收端，还用于根据所述定向接收波束的波束角度，对所述定向接收波束进行面划分，得到定向接收波束面；根据所述定向接收波束面，对所述定向接收波束进行编号，得到所述定向接收波束的接收波束标识；根据所述接收波束标识，对所述定向接收波束进行分组，得到所述定向接收波束组。
8.一种定向波束对准方法，其特征在于，所述方法包括：
根据定向发射波束的波束角度，对所述定向发射波束进行面划分，得到定向发射波束面，根据所述定向发射波束面，对所述定向发射波束进行编号，得到所述定向发射波束的发射波束标识，根据所述发射波束标识，对所述定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组；
通过所述定向发射波束组，发送预设的导频信号至接收端，以供所述接收端接收所述导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号，并根据所述导频接收信号的信号强度，在所述定向接收波束中确定所述定向波束对准的接收端对准波束。
9.一种定向波束对准方法，其特征在于，所述方法包括：
接收导频信号，得到定向接收波束对应的导频接收信号；所述导频信号为发射端根据定向发射波束的波束角度，对所述定向发射波束进行面划分，得到定向发射波束面，根据所述定向发射波束面，对所述定向发射波束进行编号，得到所述定向发射波束的发射波束标识，根据所述发射波束标识，对所述定向发射波束进行分组，得到定向发射波束组，通过所述定向发射波束组发送的预设导频信号；
根据所述导频接收信号的信号强度，在所述定向接收波束中确定所述定向波束对准的接收端对准波束。
10.一种通信设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求8至9中任一项所述的方法的步骤。
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