CN115622593A - 基于mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的高低频协作传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于mmWave和sub‑6GHz共天线罩天线阵列的高低频协作传输方法，方法包括从预设的多种mmWave和sub‑6GHz共天线罩天线阵列中，确定目标天线阵列；基站发射信号，通过mmWave发射机、sub‑6G发射机、目标天线阵列对信号进行发射；接收端同时通过mmWave接收机、sub‑6G接收机接收信号，根据上下行中的波段覆盖类型，从定义的多种用户工作模式中，选定并触发目标用户工作模式对信号进行处理，本发明提供的高低频协作传输方法，采用sub‑6GHz和mmWave协作通信的方法，共天线罩天线阵列中的mmWave频段天线及sub‑6GHz频段天线共中心点和共轴线，使得两者的信道间有更强的互易性，以mmWave为核心实现资源调度，扩充信道的容量，可自动切换选择不同的工作模式，在保证可靠连接的情况下使得用户可以获得最好的QoS。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的高低频协作传输方法。
背景技术
在科技不断进步，无线与移动通信技术的迅速发展背景下，移动通信系统已经深入人类生活且成为人类社会中不可或缺的重要组成部分。随着无线通信的发展以及5G标准的全球统一和大范围商用拉开序幕，由于高数据速率通信是5G及6G通信发展的重要方向，其对通信带宽提出了更高的要求，向毫米波及以上频段发展是移动通信发展的趋势。毫米波(mmWave)通信本身由于频段较高，相对的干扰源较少，在其可行范围内可以有效的保证信号的通信质量。同时，毫米波还拥有更为广阔的中频资源，可以分配到更大的带宽，根据香农定理，带宽越大信息传输速率越高。
尽管毫米波通信可以极大的拓宽可用频谱资源，然而，与传统微波频率相比，使用毫米波频带的关键挑战是其严重的信号传播损耗。由于毫米波易受到外界环境因素干扰，功率衰减较大，穿透能力不强，基本不存在散射情况，并且，毫米波容易受到路径衰减带来的影响，并且受降雨衰减影响严重，在特定频段存在高达15dB/km的衰减峰，因此其仅在有限范围的视在距离(LoS)环境下稳定可靠，使用场景十分有限，短期不可能成为替代sub-6GHz新的通信方式。
如何在解决毫米波信道模型估计问题的同时，结合现有资源讨论毫米波的工作模式成为目前亟待解决的主要问题，同时这也是5G NR标准，目前只商用了sub-6GHz频段的原因。另外，主微波无线频谱已经变得非常有限，几乎没有未分配的可用于新兴的无线产品和服务的带宽。因此，为了增加带宽，在30GHz到300GHz之间的mmWave频谱被考虑用于未来的5G无线移动网络。而mmWave频率的阻塞、吸收、衍射和穿透会导致中断和不可靠的蜂窝通信。但是，由于CMOS射频电路的进步，伴随着非常短的波长的mmWave信号，允许在发射和接收端使用大天线阵列，从而提供高定向波束获得增益和可接受的信噪比比率。相比于微波网络，这种方向性也将减少系统间干扰。因此，mmWave频谱在用于提高即将到来的蜂窝系统的频谱效率上具有巨大的潜力。
目前，利用sub-6GHz辅助毫米波通信也已经有人提出，信道互易性本身是针对同频不同时的时分双工系统下，上行与下行信道之间的关系得到的，同频信道下二者具有相同的信道衰落关系。然而，根据无线信道传播的相似性，不同频段之间的互易性也逐渐被证实，从最初邻近频段的映射关系，到后续双频频差逐渐增大之间的相关性，这为实现利用sub-6GHz低频信息去恢复毫米波高频的信道提供了理论依据。但是两者信道之间差异性较大，很难融合在一起进行信道传输。因此，亟需一种高低频协作传输方法解决上述的技术问题。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供一种基于mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的高低频协作传输方法，方法包括：
从预设的多种mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列中，确定目标天线阵列，其中mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的mmWave频段天线及sub-6GHz频段天线共中心点和共轴线；
基站发射信号，通过mmWave发射机、sub-6G发射机、目标天线阵列对信号进行发射；
接收端同时通过mmWave接收机、sub-6G接收机接收信号，根据上下行中的波段覆盖类型，从定义的多种用户工作模式中，选定并触发目标用户工作模式对信号进行处理。
进一步的，所述mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列，包括一辐射贴片以及在所述辐射贴片上按照预设排列方式排列的多个毫米波振子以及多个sub-6G振子；
所述预设排列方式包括：全分布式多模块排列方式、全集中式多模块排列方式或者混合式多模块排列方式，每种mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列对应一种预设排列方式；
其中，所述全分布式多模块排列方式为：sub-6G振子、毫米波振子以N×M大小的矩阵形式排布，毫米波振子分别位于矩阵的第一行第一列、第N行第一列、第一行第M列、第N行第M列；
所述全集中式多模块排列方式为：sub-6G振子、毫米波振子以N×M大小的矩阵形式排布，且毫米波振子位于矩阵的中心区域，sub-6G振子环绕设置在所述毫米波振子外围；
所述混合式多模块排列方式为：sub-6G振子以N×M大小的矩阵形式排布，毫米波振子对称设置在sub-6G振子矩阵的上侧以及下侧。
进一步的，从预设的多种mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列中，确定目标天线阵列包括：
若需大范围覆盖，选定全分布式多模块排列方式对应的mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列，作为目标天线阵列；
若需高接收信噪比，选定全集中式多模块排列方式对应的mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列，作为目标天线阵列；
若需高性能、高性价比，选定混合式多模块排列方式对应的mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列，作为目标天线阵列。
进一步的，预设的用户工作模式包括：双频容量聚合模式、双频覆盖协同模式以及sub-6GHz波段Only模式。
进一步的，所述根据上下行中的波段覆盖类型，从定义的多种用户工作模式中，选定并触发目标用户工作模式，包括：
若上下行为双频覆盖，选定并触发双频容量聚合模式；
若上行仅有sub-6G覆盖，下行为双频覆盖，选定并触发双频覆盖协同模式；
若上下行仅有sub-6G覆盖，选定并触发sub-6GHz波段Only模式。
进一步的，若目标工作模式为双频覆盖协同模式，对信号进行处理包括：
通过sub-6GHz的时延路径中恢复出相应的mmWave信息，以实现利用sub-6GHz的低频信道信息作为辅助，对mmWave信道进行估计。
进一步的，sub-6GHz采用全数字波束赋形，mmWave采用混合波束赋形。
进一步的，在发射信号之前，所述方法还包括：基于电磁场域、模拟域、本振移相和基带处理的多态模拟预编码结构实现mmWave波束赋形。
进一步的，所述基于电磁场域、模拟域、本振移相和基带处理的多态模拟预编码结构实现mmWave波束赋形，包括：
判断是否存在双频互异性，若是，利用sub-6GHz辅助mmWave的快速波束赋形方法实现mmWave的快速波束赋形，否则，采用有限时间空间域的快速波束赋形方法实现mmWave的快速波束赋形。
进一步的，所述有限时间空间域的快速波束赋形方法包括：利用预设的多级自适应码本，按码本层数S＝logK(N/Ld)展开，根据每次的搜寻时间t，以及总时间T决定有限次搜寻次数，最低需求分辨率的波束，展开至KT/t-1个集合下，得到相应的对准波束矢量。
本发明提供的基于mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的高低频协作传输方法，至少具有以下有益效果：
(1)采用sub-6GHz和mmWave协作通信的方法，能够满足用户的不同需求。
其中，sub-6GHz的覆盖范围较广，但是中频段带宽资源很少，可提供的速率有限，作为基本的覆盖方案，mmWave本身波段短，路径损耗较大，而容易受到阻挡，仅在基站短距离的可视范围内提供通信，但它可以保证多用户、大数据的信息传输，主要用来保证满足在阴影衰落或过长距离下的大范围内的用户选择。
(2)高低频协作传输方法基于mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列，由于mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列中的mmWave频段天线及sub-6GHz频段天线共中心点和共轴线，因此使得两个频段的信号传播有更接近的天线离开角与到达角，两者的信道间有更强的互易性。利用mmWave波长较短，天线较小的优势，使其和sub-6GHz天线阵列相融合，一方面解决空间分布问题，同时为上述sub-6GHz和mmWave之间的空间相似性提供物理层上的依据，同时，降低基站发射天线的空间消耗，可以有效降低成本。
(3)利用sub-6GHz和mmWave双频通信的互易性，mmWave通信模式为核心的资源调度方法，在保证可靠性的基础上，实现对有效性的提升，其中：接收端会根据上下行中的波段覆盖类型，从定义的多种用户工作模式中，选定并触发目标用户工作模式对信号进行处理。在双频容量聚合模式下，不同用户会分别调度到毫米波和sub-6GHz下，由于毫米波具有更大的信道容量，更高的速率，在实际中根据用户的不同需求采用单一毫米波频段和二者联合使用，通常情况下信道距离很近，可以使用高阶调制，单使用毫米波可以满足对所有用户高速率要求，而双频下可以保证系统更大的吞吐量。
(4)采用多级化波束赋形的方法，使系统具备一定的兼容性，从而简化系统实现难度。sub-6GHz采用纯数字的预编码结构，mmWave采用以数字基带配合少量RF电路加相移器的混合波束赋形(HBF)形式。采用电磁场域、模拟域、本振移相和基带处理的多态模拟预编码结构，围绕毫米波模拟波束赋形技术进行算法调节，实现sub-6GHz和mmWave之间的互易性转化。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它附图；
图1为本发明一种实施例中的高低频协作传输方法流程图；
图2为本发明一种实施例中的sub-6GHz振子结构示意图；
图3为本发明一种实施例中的毫米波振子结构示意图；
图4为本发明一种实施例中的全分布式多模块排列方式示意图；
图5为本发明一种实施例中的全集中式多模块排列方式示意图；
图6为本发明一种实施例中的混合式多模块排列方式示意图；
图7为本发明一种实施例中的双频通信信道模型；
图8为本发明一种实施例中的不同距离下上下行波段覆盖示意图；
图9为本发明一种实施例中的三种用户工作模式切换示意图；
图10为本发明一种实施例中的信号检测估计原理图；
图11为本发明一种实施例中的双频通信结构框图；
图12为本发明一种实施例中的高低频协作系统示意图；
图13为本发明一种实施例中的多级混合波束赋形示意图；
图14为本发明一种实施例中的快速波束赋形实现方法示意图；
图15为本发明一种实施例中的多级自适应码本图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明的一种实施例中，提供一种基于mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的高低频协作传输方法，如图1所示，方法包括：
步骤S10：从预设的多种mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列中，确定目标天线阵列。
其中，mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的mmWave频段天线及sub-6GHz频段天线共中心点和共轴线。
本发明中，采用sub-6GHz波段与毫米波天线一体化射频前端的架构，两频段采用共天线罩的方式，让两个天线共中心点和共轴线，使得两个频段的信号传播有更接近的天线离开角与到达角，两者的信道间有更强的互易性。
步骤S20：基站发射信号，通过mmWave发射机、sub-6G发射机、目标天线阵列对信号进行发射；
步骤S30：接收端同时通过mmWave接收机、sub-6G接收机接收信号，根据上下行中的波段覆盖类型，从定义的多种用户工作模式中，选定并触发目标用户工作模式对信号进行处理。
本实施例中提供的高低频协作传输方法，采用sub-6GHz和mmWave协作通信，能够满足用户的不同需求。其中，sub-6GHz的覆盖范围较广，但是中频段带宽资源很少，可提供的速率有限，作为基本的覆盖方案，mmWave本身波段短，路径损耗较大，而容易受到阻挡，仅在基站短距离的可视范围内提供通信，但它可以保证多用户、大数据的信息传输，主要用来保证满足在阴影衰落或过长距离下的大范围内的用户选择。
将信号经过mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列进行传输，使得两个频段的信号传播有更接近的天线离开角与到达角，两者的信道间有更强的互易性，进而由于sub-6G以及mmWare的频段的信道具备互易性，因此能够具有互补的特点，可以完美适配不同用户的需求。
在本发明的又一种实施例中，步骤S10中所提及的mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列，包括一辐射贴片以及在所述辐射贴片上按照预设排列方式排列的多个毫米波振子以及多个sub-6G振子；其中，如图2所示，为sub-6GHz振子结构示意图，如图3所示，为mmWave振子结构示意图。
具体的，预设排列方式包括：全分布式多模块排列方式、全集中式多模块排列方式或者混合式多模块排列方式，每种mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列对应一种预设排列方式。
其中，如图4所示，全分布式多模块排列方式为：sub-6G振子、毫米波振子以N×M大小的矩阵形式排布，毫米波振子分别位于矩阵的第一行第一列、第N行第一列、第一行第M列、第N行第M列。
如图5所示，全集中式多模块排列方式为：sub-6G振子、毫米波振子以N×M大小的矩阵形式排布，且毫米波振子位于矩阵的中心区域，sub-6G振子环绕设置在所述毫米波振子外围。
如图6所示，混合式多模块排列方式为：sub-6G振子以N×M大小的矩阵形式排布，毫米波振子对称设置在sub-6G振子矩阵的上侧以及下侧。
其信道模型如图7所示，mmWave和sub-6GH组成的共天线罩天线阵列将不同的散射体信息组成一个集群，组合在一起合并发射，用户可以做到省时高效的接收。
此外，按照上述提出的天线阵列排列方式建设双频带基站，扩充信道的容量，保证用户节点在满足最小速率的基础上合理进行双频模式的切换。实现微波和毫米波二者资源的合理分配同时根据用户的需求不同，从而得到更充分的选择。
mmWave的路径较为集中并保持在较小的时延范围内，并且路径数目相对较少，且本身由于衰减较大，路径能量主要集中于低时延的部分，同时会表现具有更多的独立分布。而sub-6GHz由于其良好的散射、衍射特性具有更为广阔的时延分布，相对而言，路径之间分布更为散漫，同时随时延增长，路径幅度变化较慢。因此，单独使用mmWave和sub-6GHz都具有明显的缺陷，例如mmWave容纳更高的用户速率和数量可以但是衰减较大，sub-6GHz覆盖范围广，但多径时延响应较长，因此将mmWave和sub-6GHz结合，可以弥补其不足。
进一步的，在上一实施例的基础之上，步骤S10包括：
若需大范围覆盖，选定全分布式多模块排列方式对应的mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列，作为目标天线阵列；
当需要大范围覆盖时，天线采用全分布式多模块排列方式的天线阵列，使得天线发射出粗的、间距大的波束实现大范围的覆盖。
若需高接收信噪比，选定全集中式多模块排列方式对应的mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列，作为目标天线阵列。
当需要高的接收信噪比时，天线采用全集中式多模块排列方式的天线阵列，使得天线通过发射出较细的波束，实现高精度的信息收发。从而满足用户需求。
若需高性能、高性价比，选定混合式多模块排列方式对应的mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列，作为目标天线阵列。
在本发明的又一种实施例中，预设的用户工作模式包括：双频容量聚合模式、双频覆盖协同模式以及sub-6GHz波段Only模式。
如图8所示，为不同距离下上下行波段覆盖示意图，如图9所示，为三种用户工作模式切换示意图，参见图8、图9，步骤S30中的根据上下行中的波段覆盖类型，从定义的多种用户工作模式中，选定并触发目标用户工作模式，包括：
若上下行为双频覆盖，选定并触发双频容量聚合模式；
若上行仅有sub-6G覆盖，下行为双频覆盖，选定并触发双频覆盖协同模式；
若上下行仅有sub-6G覆盖，选定并触发sub-6GHz波段Only模式。
由于sub-6GHz波段和毫米波信道传播的差异特性，sub-6GHz的覆盖范围较广，但是中频段带宽资源很少，可提供的速率有限，可作为基本的覆盖方案，而mmWave本身波段短，路径损耗较大，而容易受到阻挡，仅在基站短距离的可视范围内提供通信，但它可以保证多用户、大数据的信息传输。两种频段的上下行覆盖存在不一致性，如图8、9所示，随着距离的增加，定义了3种用户工作模式：当距离很小的时候，毫米波和sub-6GHz波段上下行全覆盖，此时可采用毫米波和sub-6GHz波段的上下行融合的双频容量聚合模式；随着距离的增加，毫米波仅能用于下行覆盖而sub-6GHz波段上下行覆盖时，称为双频覆盖协同模式；当距离更远时会出现上下行仅有sub-6GHz波段覆盖时称为sub-6GHz波段Only模式。
本实施例中，由于在用户与基站距离不同时，上下行波段覆盖类型不同，因此实现了不同工作模式的自动切换，以mmWave通信模式为核心实现资源调度。
具体的，在双频容量聚合模式下，不同用户会分别调度到毫米波和sub-6GHz下。由于毫米波具有更大的信道容量，更高的速率，在实际中根据用户的不同需求采用单一毫米波频段和二者联合使用。通常情况下信道距离已经很近，可以使用高阶调制，单使用毫米波可以满足对所有用户高速率要求，而双频下可以保证系统更大的吞吐量。
在双频覆盖协同模式下，用户可选择采用单一sub-6GHz波段，或者通过sub-6GHz的时延路径中恢复出相应的mmWave信息，以实现利用sub-6GHz的低频信道信息作为辅助，对mmWave信道进行估计。
在sub-6GHz波段Only模式，用户采用sub-6GHz波段，确保通信的可靠性。
在本实施例中，高低频协作传输方法，根据sub-6GHz和毫米波自身的传播特性，考虑用户位置和系统状态多模态下的条件信息(也即三种不同的天线阵列排列方式)，选择合理的目标函数(如图7所示的MIMO信道模型)，在保证可靠连接的情况下使得用户可以获得最好的QoS，着重优化毫米波覆盖下用户的接入，在双频覆盖协同模式下，采用sub-6GHz和毫米波协作通信的方法来实现利用sub-6GHz辅助毫米波通信，从而通过sub-6GHz下行链路实现对mmWave的信道的辅助估计。
在本发明的又一种实施例中，若目标工作模式为双频覆盖协同模式，步骤S30中的对信号进行处理包括：
通过sub-6GHz的时延路径中恢复出相应的mmWave信息，以实现利用sub-6GHz的低频信道信息作为辅助，对mmWave信道进行估计。
具体的，通过sub-6GHz的时延路径中恢复出相应的mmWave信息，为根据mmWave、sub-6GHz不同时延衰减的特性，在信号传送到接收机时，从sub-6GHz的时延路径中恢复出相应的mmWave信息。在此过程中，sub-6GHz主要用来保证满足在阴影衰落或过长距离下的大范围内的用户选择，mmWave在有限可视距离下容纳更高的用户速率和数量。更进一步的，对信号检测校准原理图如图10所示，信号通过大量单元模块进行接收，汇总到功分网络中，等待校准，这是前端射频通道所提供的功能。将信号输入到1分2校准电路，电路会根据相对应的信号检测要求，将信号进行校准。
进一步的，利用sub-6GHz的低频信道信息作为辅助，对mmWave信道进行估计的具体方法包括：
在目前一般的城市内通信蜂窝网系统下，信号主要以MIMO的形式进行传播，受环境因素影响，信道主要呈集群形式分布，在自由空间中多径效应导致了集群的多样化组成部分。假设每个信道拥有C个集群，每个集群从发射端到接收端假设总共有Rc条路径，相对具有
的平均时延，对于平均到达角/离开角(AoA/AoD)的方位角和方向角用[φa,θa]表示，复合路径增益为
路径衰落为
归一化系数
单信道脉冲响应为h(t)，时间连续的NR×NT的MIMO信道模型可以表示如下：
与此同时，角度信息主要反映了信道整体的空间分布情况，同时也会受到多径时延的影响。它主要包括AoA/AoD，由于信号处于一个三维的立体空间中，一般每个AoA/AoD包括由方位角和方向角二个部分，它可以表示为：
aRx(φ,θ)＝(cosφsinθ,cosφcosθ,sinφ)T (2)
这里以方位角为例，它的天线阵列矢量可以表示如下：
其中d＝λ/2，而sub-6GHz比mmWave的波长长，且mmWave使用大规模MIMO阵列天线数量多，会使得mmWave的相位在原有sub-6GHz相位的基础上按天线数量之间的关系进行扩展，具有更高的分辨率，因此它们的功率谱(PAS)关系具有一致性。根据sub-6GHz提供的基础角度信息naz，再按(naz-Δaz，naz+Δaz)的关系进行延拓，并由角度时延扩展产生一定的偏差εb，具体关系如下：
因此，可以通过集群中相关径与独立径的关系，再根据二者不同时延衰减的特性，从sub-6GHz的时延路径中恢复出相应的mmWave信息，验证二者之间的互易性关系，从而实现利用sub-6GHz的低频信道信息作为辅助，对相应毫米波信道进行估计。
进一步的，具体工作流程如图11所示，基站发射信号后分别通过mmWave和sub-6G发射机，通过所建立的共天线罩进行信道的传输，接收端再同时通过mmWave和sub-6GHz接收机，通过sub-6GHz的时延路径中恢复出相应的mmWave信息，最后传输到移动端中。
在本发明的又一种实施例中，如图12所示，由于sub-6G系统的MIMO天线数少，因此发射与接收机采用全数字波束赋形，而由于mmWare毫米波MIMO天线数多，因此发射与接收机则采取混合波束赋形的方法，提前经过基带处理。
由于基站和用户采用的天线数目不同，在毫米波预编码的波束赋形下，基站所采用的波束具有更强的指向性，因此可以获得的波束赋形更高，即毫米波只存在可用下行链路的情况。这种通信方式会加大天线设计的上工艺的成本，从无线移动蜂窝通信微基站的角度考虑，采用分离的两个天线阵列，不利于系统的集成，同时也需要电路供给更多的功率，因此本发明中采用共天线罩的方式，即降低了成本、利于系统的集成，也无需电路供给更多的功率。
在本发明的又一种实施例中，在发射信号之前，所述方法还包括：基于电磁场域、模拟域、本振移相和基带处理的多态模拟预编码结构实现mmWave波束赋形。
采用多态模拟预编码结构实现mmWave波束赋形，支持sub-6GHz和mmWave的基带具有一定的兼容性，使得调制mmWave的相控天线具有更好的灵活性。
如图13所示，在高频HBF相控天线中，可以将波束处理分为场域垂直权值矢量、毫米波多态模拟波束成形、基于本振相位偏移的权值矩阵以及与基带波束成形，可以描述成如下形式：
毫米波模拟波束赋形技术在射频前端通过相位和幅度调节算法来实现，围绕空域波束，实现多态模拟波束的生成，支持不同波瓣宽度和幅度的模拟波束，通过多级码本预编码结构实现sub-6GHz和mmWave之间的互易性转化。
进一步的，可以采用下述方法实现mmWave快速波束赋形：
判断是否存在双频互异性，若是，利用sub-6GHz辅助mmWave的快速波束赋形方法实现mmWave的快速波束赋形，否则，采用有限时间空间域的快速波束赋形方法实现mmWave的快速波束赋形。
图14给出了基于多级预编码实现mmWave快速波束赋形的实现方法。根据sub-6GHz波段和毫米波是否具有互易性分为两种方式,进行sub-6GHz辅助mmWave和有限时间空间域的快速波束赋形方法。
在本发明的又一种实施例中，有限时间空间域的快速波束赋形方法包括：利用预设的多级自适应码本，按码本层数S＝logK(N/Ld)展开，根据每次的搜寻时间t，以及总时间T决定有限次搜寻次数，最低需求分辨率的波束，展开至KT/t-1个集合下，得到相应的对准波束矢量。其中，预设的多级自适应码本示意图如图15所示。
本领域技术人员应当理解，在不脱离所公开的实施方式的基本原理的前提下，对上述实施方式中的各细节可进行各种变化。因此，本发明的范围只由权利要求确定，在权利要求中，除非另有说明，所有的术语应按最宽泛合理的意思进行理解。
Claims (10)
1.一种基于mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的高低频协作传输方法，其特征在于，所述方法包括：
从预设的多种mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列中，确定目标天线阵列，其中mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的mmWave频段天线及sub-6GHz频段天线共中心点和共轴线；
基站发射信号，通过mmWave发射机、sub-6G发射机、目标天线阵列对信号进行发射；
接收端同时通过mmWave接收机、sub-6G接收机接收信号，根据上下行中的波段覆盖类型，从定义的多种用户工作模式中，选定并触发目标用户工作模式对信号进行处理。
2.根据权利要求1所述的基于mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的高低频协作传输方法，其特征在于，所述mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列，包括一辐射贴片以及在所述辐射贴片上按照预设排列方式排列的多个毫米波振子以及多个sub-6G振子；
所述预设排列方式包括：全分布式多模块排列方式、全集中式多模块排列方式或者混合式多模块排列方式，每种mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列对应一种预设排列方式；
其中，所述全分布式多模块排列方式为：sub-6G振子、毫米波振子以N×M大小的矩阵形式排布，毫米波振子分别位于矩阵的第一行第一列、第N行第一列、第一行第M列、第N行第M列；
所述全集中式多模块排列方式为：sub-6G振子、毫米波振子以N×M大小的矩阵形式排布，且毫米波振子位于矩阵的中心区域，sub-6G振子环绕设置在所述毫米波振子外围；
所述混合式多模块排列方式为：sub-6G振子以N×M大小的矩阵形式排布，毫米波振子对称设置在sub-6G振子矩阵的上侧以及下侧。
3.根据权利要求2所述的基于mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的高低频协作传输方法，其特征在于，从预设的多种mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列中，确定目标天线阵列包括：
若需大范围覆盖，选定全分布式多模块排列方式对应的mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列，作为目标天线阵列；
若需高接收信噪比，选定全集中式多模块排列方式对应的mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列，作为目标天线阵列；
若需高性能、高性价比，选定混合式多模块排列方式对应的mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列，作为目标天线阵列。
4.根据权利要求1所述的基于mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的高低频协作传输方法，其特征在于，预设的用户工作模式包括：双频容量聚合模式、双频覆盖协同模式以及sub-6GHz波段Only模式。
5.根据权利要求4所述的基于mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的高低频协作传输方法，其特征在于，所述根据上下行中的波段覆盖类型，从定义的多种用户工作模式中，选定并触发目标用户工作模式，包括：
若上下行为双频覆盖，选定并触发双频容量聚合模式；
若上行仅有sub-6G覆盖，下行为双频覆盖，选定并触发双频覆盖协同模式；
若上下行仅有sub-6G覆盖，选定并触发sub-6GHz波段Only模式。
6.根据权利要求1所述的基于mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的高低频协作传输方法，其特征在于，若目标工作模式为双频覆盖协同模式，对信号进行处理包括：
通过sub-6GHz的时延路径中恢复出相应的mmWave信息，以实现利用sub-6GHz的低频信道信息作为辅助，对mmWave信道进行估计。
7.根据权利要求1所述的基于mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的高低频协作传输方法，其特征在于，sub-6GHz采用全数字波束赋形，mmWave采用混合波束赋形。
8.根据权利要求7所述的基于mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的高低频协作传输方法，其特征在于，在发射信号之前，所述方法还包括：基于电磁场域、模拟域、本振移相和基带处理的多态模拟预编码结构实现mmWave波束赋形。
9.根据权利要求8所述的基于mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的高低频协作传输方法，其特征在于，所述基于电磁场域、模拟域、本振移相和基带处理的多态模拟预编码结构实现mmWave波束赋形，包括：
判断是否存在双频互异性，若是，利用sub-6GHz辅助mmWave的快速波束赋形方法实现mmWave的快速波束赋形，否则，采用有限时间空间域的快速波束赋形方法实现mmWave的快速波束赋形。
10.根据权利要求9所述的基于mmWave和sub-6GHz共天线罩天线阵列的高低频协作传输方法，其特征在于，所述有限时间空间域的快速波束赋形方法包括：利用预设的多级自适应码本，按码本层数S＝logK(N/Ld)展开，根据每次的搜寻时间t，以及总时间T决定有限次搜寻次数，最低需求分辨率的波束，展开至KT/t-1个集合下，得到相应的对准波束矢量。
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