CN114900845B - 一种nr下基于覆盖环境和信道质量的波束管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种NR下基于覆盖环境和信道质量的波束管理方法，包括：步骤一、获取用户设备测量到的所有波束信息，得到第一波束集；步骤二、设定时间阈值和距离阈值，从所述第一波束集中筛选出同时满足所述时间阈值和所述距离阈值的波束，得到第二波束集；步骤三、计算所述第二波束集中每个波束的SINR值，并筛选出SINR值大于SINR参考值的波束，得到第三波束集；步骤四、计算所述第三波束集中每个波束的综合质量指数，选择综合质量指数最大的波束作为最佳波束；其中，所述波束的综合质量指数的计算方法为：式中，SR_Si表示波束i的综合质量指数，α和β分别为波束的RSRP值和波束的SINR值的权重因子；RSRP_i表示波束i的RSRP值，SINR_i表示波束i的SINR值。

Description

一种NR下基于覆盖环境和信道质量的波束管理方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种NR下基于覆盖环境和信道质量的波束管理方法。

背景技术

在无线通信技术领域，5G技术正在大规模建设部署，增加了天线通道阵子的数目，NR中可以赋形出多个波束，这意味着，使用的天线越多，波束宽度越窄。多天线阵列的好处在于，不同的波束之间，不同的用户之间的干扰比较少，因为不同的波束都有各自的聚焦区域，这些区域都非常小，彼此之间不大有交集；但是多个波束的存在，对于用户的移动性管理提出了更高的要求，波束的管理，就是需要根据用户不同的分布特点，进行最有效的覆盖波束选择，否则就不能精准地将波束对准这个用户。

现有的覆盖波束选择主要基于以下方式：

基于最大电平的选择通过波束扫描、波束测量、波束确定、波束报告，形成整体波束管理流程，小区内全量覆盖波束进行周期性发送，终端(用户设备)通过测量同步信号和PBCH块(SSB)或信道状态指示参考信号(CSI-RS)，基于最大电平选取最佳波束。现有方法存在着一定的不足及局限性：

目前波束选择仅依靠电平信号强度来进行选择，但是电平信号强度并不是评定无线信道环境的唯一原则，在一些干扰场景下，电平信号强度可以达到很高，但是信道的质量可能会很差，如果仅考虑电平信号强度而不考虑当前信道质量，将不能保证所选择的波束满足用户需求，可能导致用户感知较差，所选择的波束并非最佳波束。

发明内容

本发明的目的是提供一种NR下基于覆盖环境和信道质量的波束管理方法，其综合考虑覆盖情况和信道质量情况，选择出供UE接入的最佳波束；能够最大程度保证接入成功率，同时保证用户感知最佳。

本发明提供的技术方案为：

一种NR下基于覆盖环境和信道质量的波束管理方法，包括如下步骤：

步骤一、获取用户设备测量到的所有波束信息，得到第一波束集；

步骤二、设定时间阈值和距离阈值，从所述第一波束集中筛选出同时满足所述时间阈值和所述距离阈值的波束，得到第二波束集；

步骤三、计算所述第二波束集中每个波束的SINR值，并筛选出SINR值大于SINR参考值的波束，得到第三波束集；

步骤四、计算所述第三波束集中每个波束的综合质量指数，选择综合质量指数最大的波束作为最佳波束；

其中，所述波束的综合质量指数的计算方法为：

式中，SR_Si表示波束i的综合质量指数，α和β分别为波束的RSRP值和波束的SINR值的权重因子；RSRP_i表示波束i的RSRP值，SINR_i表示波束i的SINR值；RSRP_min表示用户设备测量到的波束最小电平值；RSRP_max表示用户设备测量到的波束最大电平值；SINR_min表示用户设备测量到的波束最小SINR值；SINR_max表示用户设备测量到的波束最大SINR值。

优选的是，在所述步骤二中，根据所述用户设备的移动速度设定时间阈值；

其中，所述时间阈值为：

式中，t表示时间阈值，v表示用户设备的移动速度。

优选的是，在所述步骤二中，根据用户设备所在的区域设定距离阈值；其中，所述距离阈值为：

优选的是，所述SINR参考值为0dB。

优选的是，在所述步骤四中，根据波束的RSRP值，设定权重因子；

其中，权重因子α和β设定为：

本发明的有益效果是：

本发明提供的NR下基于覆盖环境和信道质量的波束管理方法，在进行波束选择的过程中，兼顾到覆盖环境和信道质量，将收集到的波束，根据不同条件进行筛选，可以降低收集到的UE测量波束的偶然性，从而选取到最佳质量波束；避免波束信道质量不好造成用户接入失败；核算信道的质量规避了RSRP值和SINR值突然陡增或陡降对整体计算值的影响；设置权重因子综合考虑覆盖情况和信道质量情况，选择到一个最佳波束供UE接入，最大程度保证接入成功率，同时保证用户感知最佳。

附图说明

图1为本发明提供的NR下基于覆盖环境和信道质量的波束管理方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供了一种新空口(NR)下基于覆盖环境和信道质量的波束管理方法，该方法能够在波束选择过程中，兼顾到覆盖环境和信道质量，对收集到的波束进行筛选、计算，选择出供用户设备(UE)接入的最佳波束；从而保证接入波束性能，提升用户感知。

本发明提供的新空口(NR)下基于覆盖环境和信道质量的波束管理方法的实施过程如下：

一、利用波束信息收集器，收集并存储接收到的用户设备(UE)测量到的所有波束信息及测量报告，收集到的信息如下：

(1)UE上报的波束集合：

B＝{B₁,B₂,…,B_i,…,B_N}

其中，B_i表示UE上报的波束集合中的第i个波束，N表示UE上报的波束的总数量；

(2)UE上报波束对应的参考信号接收功率(RSRP)值集合：

RSRP＝{RSRP₁,RSRP₂,…,RSRP_i,…,RSRP_N}；

其中，RSRP_i表示UE上报的波束集合中的第i个波束的RSRP值；

(3)UE上报波束对应的信噪比(SINR)值集合：

SINR＝{SINR₁,SINR₂,…,SINR_i,…,SINR_N}；

其中，SINR_i表示UE上报的波束集合中的第i个波束的SINR值。

二、利用波束信息筛选器，对收集器中的波束信息从时间和位置距离两个维度筛选出有效波束，进行后续计算及处理。具体过程为：

设置时间阈值t和距离阈值s，筛选在时间t内(≤t)和距离s内(≤s)，UE测量到的波束，这样可以降低收集到的用户设备(UE)测量波束的偶然性，从而选取到最佳质量波束。

(1)根据用户设备的移动速度v，设置相应的时间阈值t：

这样设置时间阈值t，可以保证不同移动速度的用户设备(UE)在设置的时间范围内，移动距离不超过同一小区的覆盖范围，保证UE测量波束的实效性，规避因测量时间过长导致的无效数据。

(2)针对用户设备所处的不同区域，设置相应的距离阈值s：

这样设置距离阈值s，可以保证不同场景下UE位置，保证UE测量波束的实效性，规避GPS不准或干扰问题带来的位置偏移。

筛选后的波束集合为B_after，对应相应的RSRP_after和SINR_after：

B_after＝{B₁,B₂,…,B_i,…,B_N0}

RSRP_after＝{RSRP₁,RSRP₂,…,RSRP_i,…,RSRP_N0}

SINR_after＝{SINR₁,SINR₂,…,SINR_i,…,SINR_N0}

其中，N0表示筛选后的UE上报波束的数量，B_after表示筛选后的UE上报波束集合，RSRP_after表示筛选后的UE上报波束对应的RSRP值集合，SINR_after表示筛选后的UE上报波束对应的SINR值集合。

三、将B_after中所有波束的SINR值与SINR参考值进行比较，筛选输出信道质量最好的前N_S个波束，这样做可以让UE在能够保证接入性能的前提下选择到最佳波束，避免波束信道质量不好造成用户接入失败。

在本实施例中，利用循环程序筛选出B_after中SINR值大于SINR参考值的波束，具体过程为：

作为一种优选，设置SINR参考值为0dB：利用循环程序，筛选出B_after中SINR值大于SINR参考值(GAP_SINR)的波束，输出对应的波束集合B₀。

在此循环程序中，len(B_after)是一个常数，表示波束集合B_after中的元素个数，range()为范围函数，append()函数在被选元素的结尾插入指定内容。

最终输出对应波束集合B₀。

B₀＝{B₁,B₂,…,B_i,…,B_M}。

RSRP₀＝{RSRP₁,RSRP₂,…,RSRP_i,…,RSRP_M}

SINR₀＝{SINR₁,SINR₂,…,SINR_i,…,SINR_M}

其中，M表示满足SINR值大于GAP_SINR的波束数量，RSRP₀表示B₀中波束对应的RSRP值集合，SINR₀表示B₀中波束对应的SINR值集合。

四、利用核算器，对信道质量计算器筛选出B₀中的波束，综合覆盖质量进行权重计算，输出计算结果的集合，具体过程为：

核算集合B₀中覆盖环境和信道质量结果。针对波束B₀中的所有波束对应的RSRP值和SINR值进行归一化，然后结合权重因子进行计算，设置RSRP的权重因子为α和SINR的权重因子为β，计算结果输出为集合SR_S。归一化的好处是可以规避RSRP值和SINR值突然陡增或陡降对整体计算值的影响；设置权重因子的好处是可以综合覆盖情况和信道质量情况，选择到一个最佳波束供UE接入，最大程度保证接入成功率，同时保证用户感知最佳。

根据波束的RSRP情况不同，权重因子α和β设置如下：

计算结果输出集合SR_S如下：

SR_S＝{SR_S1,SR_S2,…,SR_Si,…,SR_SM}

其中：

式中，RSRP_i表示集合B₀中波束i的RSRP值，SINR_i表示集合B₀中波束i的SINR值；RSRP_min表示终用户设备测量到的波束最小电平值；RSRP_max表示用户设备测量到的波束最大电平值；SINR_min表示用户设备测量到的波束最小SINR值；SINR_max表示终用户设备测量到的波束最大SINR值。

五、利用波束选择器，对核算器输出的波束集合，选择一个最佳波束，执行波束选择，具体过程为：

确定最佳波束，取集合B₀对应的归一化结果SR_S中最大值，其所对应的波束即为最佳波束B_perfect，即可执行对应波束恢复。

label＝index(max(SR_S))

B_perfect＝B_label

其中，max(SR_S)表示找到归一化结果中的最大值，label＝index(max(SR_S))表示归一化结果中最大值对应的波束集合B_S中的下标。

之后，可将max(SR_S)对应的波束接入用户设备(UE)。

本文提供的NR下基于覆盖环境和信道质量的波束管理方法，能够在波束选择过程中，兼顾到覆盖环境和信道质量，先从时间和位置距离两个维度，通过不同速度，设置相应的时间，针对不同的区域，设置相应的距离来筛选有效波束，其次进行信道质量的确认，可以降低收集到的UE测量波束的偶然性，保证接入性能的前提下选择到最佳波束，避免信道质量不好造成用户接入失败；核算信道的质量规避了RSRP值和SINR值突然陡增或陡降对整体计算值的影响，对扫描波束进行归一化，并结合权重因子进行计算，综合考虑覆盖情况和信道质量情况，最终确定供用户设备接入的最佳波束。这种波束管理方法及装置能够最大程度保证接入成功率，同时保证用户感知最佳。

试验例

在某个区域里，采用本发明中提供的波束管理方法对3万多个用户设备接入的波束进行采集，随机抽取的30个用户设备，对于每个用户设备，采集相对应的波束集合，每个波束集合里包括7个波束(每个波束对应的RSRP和SINR的值如表1所示)，利用本发明提供的波束管理的方法，选择一个最佳波束与用户设备进行通信并检测出每个用户设备在通信时的下行链路速率如表1所示。

表1 试验结果

根据表1中实验数据，用户设备在具体的区域进行通信时，在选出的这30个测试例里，可以看出，利用上述方法选择出的波束进行通信，用户设备的下行链路速率最高可达到1508.68Mbps，最差的下行链路速率还可达到879.688Mbps，30个用户设备的平均下行链路速率为1186.93Mbps。在普通的5G网络中，下行链路的平均速率为538.5Mbps。这说明通过本发明提供的方法选择波束进行通信，可提高用户的下行链路速率，增强通信能力。上述试验数据进一步证明了本发明提供的波束管理方法的有效性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (2)

1.一种NR下基于覆盖环境和信道质量的波束管理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、获取用户设备测量到的所有波束信息，得到第一波束集；

步骤二、设定时间阈值和距离阈值，从所述第一波束集中筛选出同时满足所述时间阈值和所述距离阈值的波束，得到第二波束集；

步骤三、计算所述第二波束集中每个波束的SINR值，并筛选出SINR值大于SINR参考值的波束，得到第三波束集；

步骤四、计算所述第三波束集中每个波束的综合质量指数，选择综合质量指数最大的波束作为最佳波束；

其中，所述波束的综合质量指数的计算方法为：

式中，SR_Si表示波束i的综合质量指数，α和β分别为波束的RSRP值和波束的SINR值的权重因子；RSRP_i表示波束i的RSRP值，SINR_i表示波束i的SINR值；RSRP_min表示用户设备测量到的波束最小电平值；RSRP_max表示用户设备测量到的波束最大电平值；SINR_min表示用户设备测量到的波束最小SINR值；SINR_max表示用户设备测量到的波束最大SINR值；

在所述步骤二中，根据所述用户设备的移动速度设定时间阈值，根据用户设备所在的区域设定距离阈值；

其中，所述时间阈值为：

式中，t表示时间阈值，v表示用户设备的移动速度；

其中，所述距离阈值为：

在所述步骤四中，根据波束的RSRP值，设定权重因子；

其中，权重因子α和β设定为：

2.根据权利要求1所述的NR下基于覆盖环境和信道质量的波束管理方法，其特征在于，所述SINR参考值为0dB。