[发明专利]毫米波通信系统的波束分配方法及装置

说明书

本发明提供了毫米波通信系统的波束分配方法及装置，所述方法通过对用户设备稀疏区域的波束进行合并，降低该区域用户设备所分配的时频资源；通过对用户设备密集区域的波束进行分解，提高该区域用户设备所分配的时频资源；由于既有波束分解，又有波束合并，总的波束数量不会发生太大的变化，使得未受到合并或分解的波束所服务用户设备的时频资源不会发生太大变化，保证每一用户设备分配到的时频资源更加接近平均值，进而提高资源分配的公平性。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及毫米波通信系统的波束分配方法及装置。

背景技术

随着经济和社会的发展，人们对于通信速率的需求正在呈现指数增长的趋势。毫米波由于其丰富的频谱资源被视为下一代无线通信系统(5G)的关键技术。毫米波频段的波长较短，根据天线理论，其天线尺寸也较小，可以在较小的区域内集成大量的天线，便于通过波束赋形技术补偿毫米波频段的高传输损耗。

考察一个毫米波通信系统，该毫米波通信系统内包括基站和由该基站覆盖的小区。其中由基站10覆盖的小区如图1所示，该小区被均匀分配3个扇区，3个扇区分别为O1、O2和O3，每个扇区覆盖范围为120°。每个扇区由一组均匀平面天线阵列(Uniform PlanarArray，UPA)服务，该阵列可以为下行传输产生定向波束，记波束数量为N_B。图1中仅示出了每个扇区中产生的若干波束，例如扇区O1产生定向波束r11、定向波束r12和定向波束r13，扇区O2产生定向波束r21和定向波束r22，O3产生定向波束r31和定向波束r32。

形成定向波束的码本采用经典的离散傅立叶变换(Discrete FourierTransform，DFT)码本，通过采用分层的DFT码本，可以产生不同宽度的波束；码本中不同层的码字对应不同宽度的波束，每一个码字对应一个波束。一个宽波束的覆盖范围与下一层相邻的两个窄波束的覆盖范围相同。该均匀平面天线阵列中所有天线连接同一条射频链路，这意味着每个时刻只能产生一个波束，每个天线配置一个均匀功率放大器和一个量化的模拟移相器。同一个波束可以通过正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)技术或频分复用(Frequency Division Multiplexing，FDM)技术服务多个用户设备。在OFDM系统中，为每个波束配置N_OFDM个子载波，这些子载波可以分配给使用相同波束的用户，从而使得基站端能够在同一时刻以一个波束服务多个用户设备。用户设备可以采用单天线或者多天线进行下行传输波束的接收。

基站端可以产生至少3种不同宽度的波束，按照宽度可将波束分为宽波束、均匀波束和窄波束。目前，基站端常采用均匀波束进行与用户设备之间的信息传输。此处，均匀波束是指基站端的每个扇区的一组平面天线阵列产生N_B个具有相同大小的角度覆盖范围的定向波束，此时只使用了码本中的同一层码字。令B_i表示系统中第i个用户端对应的基站端发送的最佳发送波束的波束编号，K_j表示波束编号为j的波束服务的用户设备数量，并假设同一个波束服务的用户设备之间子载波是平均分配的，令T表示一个波束扫描周期，该周期内所有波束均完成了一次扫描。假设在一个波束扫描周期T内为所有波束分配相同大小的时隙，则在时间T内第i个用户设备分配到的时频资源数量可表示为：

其中，r_i为第i个用户设备分配到的时频资源数量，N_OFDM为每一波束内子载波的数量，为波束编号为B_i的波束服务的用户数量，N_B为定向波束的数量，表示第i个用户设备分配到的频率资源数量，表示第i个用户设备分配到的时隙资源数量。

在用户设备均匀分布的情况下，每个定向波束服务的用户设备数量相同，此时所有用户设备分配到的时频资源数量是相同的，每一用户设备分配到的时频资源数量均可用时频资源数量的平均值表示为：