一种自适应波束宽度确定方法、系统、基站及介质

技术领域

本申请涉及无线通信领域，更具体地，涉及一种自适应波束宽度确定方法、系统、基站及介质。

背景技术

随着无线通信技术的发展，太赫兹频段通信已经成为了一项重要且极具潜力的技术。由于太赫兹波长短，可以将大量天线集成在较小的设备中，降低设备的成本。并且，使用太赫兹信号可以较大程度地提升数据传输速率和雷达传感的分辨率。

在传统的通过波束训练进行波束对准的基础上，现有技术还使用雷达辅助波束对准，通过雷达识别用户设备反射的回波以探测用户位置，从而与用户设备进行波束对准，可以有效缩短通信时间。

但现有技术使用雷达辅助波束对准时，在用户设备高速移动场景下，用户设备的移动速度很快，波束对准概率降低，雷达可能没法探测到用户设备，从而无法辅助通信系统进行波束对准以成功建立无线通信链路。

另一方面，若用户设备以较快的速度远离基站，雷达可能无法探测到用户设备，无法辅助通信系统进行波束对准以成功建立无线通信链路；即使通信链路仍可以建立，但通信速率也可能降低。

因此，现有技术使用雷达辅助波束对准时，在用户设备高速移动场景下，存在通信速率降低、雷达无法探测到用户设备，甚至无法建立无线通信链路等问题。

发明内容

本申请发明人在通过长期实践发现，现有技术使用雷达辅助波束对准时，一方面，波束宽度通常是固定的，雷达发射波束的覆盖范围固定，用户设备很容易离开波束的覆盖范围，从而造成波束失准，若需要确保波束对准概率不至于太低，可以调整波束宽度；另一方面，用户设备与基站之间的距离在变化，若用户设备与基站之间的距离变大，则雷达信噪比和通信信噪比降低，从而造成雷达无法探测到用户设备以及通信速率降低的问题，若需要确保雷达信噪比和通信信噪比不至于太低，可以调整波束宽度。

基于此，本申请提出了一种自适应波束宽度确定方法，根据第i个时隙的波束对准概率

第一方面，本申请提供了一种自适应波束宽度确定方法，该方法包括：S110.根据第i个时隙的波束对准概率

第二方面，本申请还提供了一种基站，该基站包括雷达发射机，或通信雷达双功能发射机；雷达接收机；处理器；存储器；一个或多个应用程序，其中所述一个或多个应用程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述处理器执行，所述一个或多个程序配置用于执行上述方法。

第三方面，本申请还提供了一种自适应波束宽度确定系统，该自适应波束宽度确定系统包括用户设备，所述用户设备用于接收如上所述的基站发射的波束，并通过所述基站发射的波束进行通信；如上所述的基站，所述基站用于通过所述雷达发射机或所述通信雷达双功能发射机发射波束，并通过所述雷达接收机识别经所述用户设备反射的回波，以及与所述用户设备进行通信。

第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行上述方法。

综上所述，本申请至少具有如下技术效果：

1.本申请根据波束对准概率获取探测概率和通信速率，在探测概率大于等于预设探测阈值时，获取波束宽度范围，在该波束宽度范围内，将通信速率最大时的波束宽度作为调整后的波束宽度，既使探测概率不至于过于低，确保雷达可以探测到用户设备，从而辅助通信系统进行波束对准，以成功建立无线通信链路，又使通信速率最大，确保较好的通信效果；或者，根据波束对准概率获取探测概率和通信速率，在通信速率大于等于预设通信阈值时，获取波束宽度范围，在该波束宽度范围内，将探测概率最大时的波束宽度作为调整后的波束宽度，既使通信速率不至于过于低，确保一定的通信效果，又使探测概率最大，确保雷达可以较好地探测到用户设备，从而辅助通信系统进行波束对准，以成功建立可靠的无线通信链路。

2.本申请提供的自适应波束宽度确定方法，可以实时调整波束宽度，以实现高准确性、高精度的波束追踪。

3.本申请提供的自适应波束宽度确定方法，可以适应高速移动场景，应用于时变运动速度的线性及非线性用户设备运动模型。

因此，本申请提供的方案可以有效解决现有技术使用雷达辅助波束对准时，在用户设备高速移动场景下，存在的通信速率降低、雷达无法探测到用户设备，甚至无法建立无线通信链路等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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示出了本申请实施例1提供的自适应波束宽度确定方法的流程示意图；

图2示出了本申请实施例1提供的使用雷达辅助波束对准的示意图；

图3示出了本申请实施例1提供的波束宽度与用户设备角度的关系的示意图；

图4示出了本申请实施例1提供的通过波束训练进行波束对准的示意图；

图5示出了本申请实施例1提供的波束扫描整个搜索空间的示意图；

图6示出了本申请实施例2提供的基站的结构框图；

图7示出了本申请实施例3提供的自适应波束宽度确定系统的结构框图；

图8示出了本申请实施例4提供的计算机可读存储介质的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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，所描述的实施例仅仅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。

目前，在传统的通过波束训练进行波束对准的基础上，可以使用雷达辅助波束对准，通过雷达识别用户设备反射的回波，从而与用户设备进行波束对准。

但使用雷达辅助波束对准时，波束宽度通常是固定的，在用户设备高速移动场景下，用户设备的移动速度很快，波束对准概率降低，雷达可能没法探测到用户设备，从而无法辅助通信系统进行波束对准以成功建立无线通信链路。

另一方面，若用户设备以较快的速度远离基站，由于用户设备与基站之间的距离变远，雷达信噪比降低，当雷达信噪比低于预设信噪比阈值时，雷达无法探测到用户设备，无法辅助通信系统进行波束对准以成功建立无线通信链路；即使通信链路仍可以建立，但通信信噪比也会降低，导致通信速率降低。

因此，为了解决上述缺陷，本申请实施例提供了自适应波束宽度确定方法，该方法包括：根据第i个时隙的波束对准概率

下面对本申请所涉及到的自适应波束宽度确定方法进行介绍。

实施例1

请参照图1，图1为本申请实施例1提供的一种自适应波束宽度确定方法的流程示意图。本实施例中，基站发射的波束可以是太赫兹频段的波束，该自适应波束宽度确定方法可以包括以下步骤：

步骤S110：根据第i个时隙的波束对准概率

在本申请实施例中，基站可以采用雷达探测系统与通信系统完成本申请的方法，也可以采用双功能雷达通信系统完成本申请的方法。

在本申请实施例中，使用雷达辅助波束对准。基站处可以设置雷达发射机，或通信雷达双功能发射机，以及可以设置雷达接收机，基站通过雷达发射机，或通信雷达双功能发射机向用户设备发送波束，具体地，天线的辐射模式可以采用锥形模型，也可以采用其他模型，本申请以锥形模型为例进行说明，如图2所示，图2为使用雷达辅助波束对准的示意图，图2中的扇形区域为波束的覆盖范围，当从基站发射的波束到达用户设备，这些波束会被用户设备反射回基站，图2中的虚线表示被用户设备反射的回波，虚线的箭头表示回波的方向，基站的雷达接收机识别反射的回波，从而确定用户设备的位置。

在用户设备移动速度较快时，很容易离开波束的覆盖范围，从而造成波束失准。

在本申请实施例中，波束对准概率为波束能够到达用户设备的概率。

在示例性实施例中，所述第i个时隙的波束对准概率为：

如图3所示，图3为波束宽度与用户设备角度的关系的示意图，以基站的位置为原点，以基站为端点设置一根射线，图3中的箭头表示该射线的方向。基站第i个时隙发射的波束的角度

在示例性实施例中，若所述基站第i个时隙发射的波束的角度

其中，

在本申请实施例中，

作为一种可选实施方式，

其中，

其中，

因此，可以看出，

作为另一种可选实施方式，

以

在本申请实施例中，也可以采用其他概率分布计算波束对准概率，本申请对此不做限制。

在示例性实施例中，所述步骤S110包括子步骤S111和子步骤S112。

子步骤S111：根据所述第i个时隙的波束对准概率

基站处的雷达成功探测用户设备需要满足两个条件，第一，基站发射的波束与用户设备对准，第二，基站处的雷达信噪比大于等于预设信噪比阈值。

因此，可以将基站发射的波束与用户设备对准的概率定义为波束对准概率

可以将基站处的雷达成功探测用户设备的概率定义为波束对准概率

在示例性实施例中，所述第i个时隙的测距概率为：

其中，

其中，

在本申请实施例中，若第i个时隙的所述基站处的雷达信噪比大于等于预设信噪比阈值，则雷达可以探测到用户设备，因此，此时测距概率为1，雷达成功探测用户设备的概率只与波束对准概率有关。若第i个时隙的所述基站处的雷达信噪比小于预设信噪比阈值，则雷达不能探测到用户设备，因此，此时测距概率为0，不管波束对准概率有多大，雷达都不可能成功探测用户设备。

子步骤S112：根据所述第i个时隙的波束对准概率

在本申请实施例中，

当使用雷达辅助波束对准失败时，可以采用传统的通过波束训练进行波束对准的方式。如图4所示，图4为通过波束训练进行波束对准的示意图，在每次进行数据传输前，基站会发送波束扫描整个搜索空间搜寻用户设备，即波束训练，在每个时隙中，先进行波束训练，在找到用户设备之后再进行数据传输，因此这种通信方式花费时间较多。

如图5所示，图5为波束扫描整个搜索空间的示意图，传统的通过波束训练进行波束对准时，在第i个时隙，利用固定波束宽度

在示例性实施例中，所述第i个时隙的可达数据传输速率为：

其中，

其中，

将

步骤S120：在所述第i个时隙的探测概率大于等于预设探测阈值时的波束宽度范围内，将所述第i个时隙的通信速率最大时的波束宽度作为第i个时隙的波束宽度

作为一种可选实施方式，在所述第i个时隙的探测概率大于等于预设探测阈值时的波束宽度范围内，将所述第i个时隙的通信速率最大时的波束宽度作为第i个时隙的波束宽度

其中，

在该实施例中，

每个时隙的通信速率累加值

具体地，若

通过这种方式确定波束宽度，可以使所有时隙的通信速率整体达到最大。

作为另一种可选实施方式，在所述第i个时隙的探测概率大于等于预设探测阈值时的波束宽度范围内，将所述第i个时隙的通信速率最大时的波束宽度作为第i个时隙的波束宽度

作为又一种可选实施方式，在所述第i个时隙的探测概率大于等于预设探测阈值时的波束宽度范围内，将所述第i个时隙的通信速率最大时的波束宽度作为第i个时隙的波束宽度

在该实施例中，

通过这种方式确定波束宽度，可以使每个时隙的通信速率分别达到最大。

作为一种可选实施方式，在所述第i个时隙的通信速率大于等于预设通信阈值时的波束宽度范围内，将所述第i个时隙的探测概率最大时的波束宽度作为第i个时隙的波束宽度

其中，

通过这种方式确定波束宽度，可以使所有时隙的探测概率整体达到最大。

作为另一种可选实施方式，在所述第i个时隙的通信速率大于等于预设通信阈值时的波束宽度范围内，将所述第i个时隙的探测概率最大时的波束宽度作为第i个时隙的波束宽度

通过这种方式确定波束宽度，可以使每个时隙的探测概率分别达到最大。

实施例2

请参照图6，图6为本申请实施例2提供的一种基站600的结构框图。本申请中的基站600可以包括一个或多个如下部件：雷达发射机或通信雷达双功能发射机610；雷达接收机620；处理器630；存储器640；以及一个或多个应用程序，其中，所述一个或多个应用程序被存储在所述存储器640中并被配置为由所述处理器630执行，所述一个或多个程序配置用于执行实施例1的方法。

当基站600包括雷达发射机610时，雷达发射机610是指为雷达提供大功率射频信号的无线电装置。

当基站600包括通信雷达双功能发射机610时，通信雷达双功能发射机610是指在单一硬件平台上同时提供雷达和通信功能的无线电装置。

雷达接收机620是指雷达中对回波信号进行放大、变换和处理的设备。

处理器630可以包括一个或者多个处理核。处理器630利用各种接口和线路连接整个基站600内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器640内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器640内的数据，执行基站600的各种功能和处理数据。可选地，处理器630可以采用数字信号处理（Digital Signal Processing, DSP）、现场可编程门阵列（Field－Programmable Gate Array, FPGA）、可编程逻辑阵列（Programmable LogicArray, PLA）中的至少一种硬件形式来实现。处理器630可集成中央处理器（CentralProcessing Unit, CPU）和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统和应用程序等；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器630中，单独通过一块通信芯片进行实现。

存储器640可以包括随机存储器（Random Access Memory, RAM），也可以包括只读存储器（Read-Only Memory, ROM）。存储器640可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器640可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于实现至少一个功能的指令、用于实现下述各个方法实施例的指令等。存储数据区还可以存储基站600在使用中所创建的数据等。

实施例3

请参照图7，图7为本申请实施例3提供的一种自适应波束宽度确定系统700的结构框图。本申请中的自适应波束宽度确定系统700可以包括：用户设备710和实施例2中的基站600。

用户设备710用于接收基站600发射的波束，并通过所述基站600发射的波束进行通信。

基站600用于通过所述雷达发射机或所述通信雷达双功能发射机610发射波束，并通过所述雷达接收机620识别经所述用户设备710反射的回波，以及与所述用户设备710进行通信。

实施例4

请参照图8，图8为本申请实施例4提供的一种计算机可读存储介质800的结构框图。该计算机可读存储介质800中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行上述方法实施例中所描述的方法。

计算机可读存储介质800可以是诸如闪存、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）、EPROM（可擦除可编程只读存储器）、硬盘或者ROM之类的电子存储器。可选地，计算机可读存储介质800包括非易失性计算机可读存储介质（non-transitory computer-readablestorage medium）。计算机可读存储介质800具有执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码810的存储空间。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读取或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。程序代码810可以例如以适当形式进行压缩。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。