[发明专利]一种用于消除单播与广播传输距离差异的自适应补偿方法

说明书

本发明涉及一种用于消除窄波束单播与圆波束广播传输距离差异的自适应补偿方法，包括：设定数据信道和控制信道的发射功率谱密度初始值；在基站和所有用户端建立相同的扩频码本；获取两个信道的接收功率谱密度差值；获取接收功率谱密度差值的统计量；对接收功率谱密度差值的统计量进行门限判决；对控制信道的信号进行扩频编码，获取扩频后的数据信道和控制信道接收功率谱密度差值；调整数据信道的发射功率谱密度和控制信道的发射功率谱密度；确定获取的扩频码长度对应的序号，基站将该序号以及公共信号通过圆波束广播给所有用户端；用户端对接收到的信号解扩，并测量两个信道的接收功率谱密度值。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，更具体地涉及一种用于消除窄波束单播与圆波束广播传输距离差异的自适应补偿方法。

背景技术

随着5G通信的发展，毫米波通信和大规模MIMO技术逐渐成为主流，逐渐向高频段和窄波束方向发展。窄波束通信将能量集中在一个较窄的波束宽度范围内，指向某一方向定向传输，因此具有更远的传输范围。窄波束通信的应用可以实现空分复用，具有更好的保密性和方向性。此外，针对适用于紧急情况和恶劣环境的移动自组网，采用窄波束通信可以有效减少能量损耗，提高传输距离和抗干扰能力，因此在数据链组网和无人机组网等无线自组网中有着广泛的应用。

大规模MIMO传输技术最早由贝尔实验室的Marzetta提出。大规模MIMO系统的下行链路模型如图1所示，大规模天线阵列可以提高通信系统的空间分辨力，在相同的时频资源下基站(Base Station，BS)可以服务更多的用户终端(User Terminal，UT)，大大提高系统的频谱资源利用率。此外，较高的空间分辨力使得信号在上下行传输时具有更强的方向性，发射功率集中在更窄的波束内，从而提高系统的功率效率。

大规模MIMO系统基于天线阵列，采用波束赋形技术，调整天线阵列中每个阵元的加权系数，形成空间导向矢量来产生方向可控的定向波束，从而获得阵列增益。通过这种方向性传输可以将能量集中辐射向某一方向，相较于全向传输，具有更远的传输范围，因此可以有效扩大通信的覆盖范围。

通过大规模MIMO系统实现的窄波束通信，可以定向传输数据，显著扩大传输范围。但是在系统下行链路中，基站在与用户终端建立通信之前，需要先向所有用户端广播控制信令、同步信号和系统消息等公共控制信号，实现全向覆盖。

实现广播信令可以采用圆波束的方法，圆波束采用全向传输方式，以等信号功率覆盖小区内各个方向的终端。现有技术采用基于全向预编码的传输方法，分解发射信号矩阵，设计全向预编码矩阵，满足发送功率全向性和功放利用率两个基本要求。或者构造Golay互补矩阵和广义自相关互补矩阵，应用于具有均匀矩形阵列的MIMO通信系统的全向传输。但采用圆波束的缺点在于没有考虑窄波束单播与圆波束广播时传输距离的差异。

以目前应用最为广泛的64通道MIMO天线阵列为例，利用链路预算考虑窄波束单播和圆波束广播时传输距离的差异。窄波束单播的天线增益和圆波束广播的天线增益的差距主要在于波束赋形增益，而波束赋形的增益与天线阵列的通道数有关。在这一天线阵列中波束赋形增益G_BF的值可以表示为G_BF＝10log(64/2)＝15dB。在同一通信系统中，采用相同的发射功率，不考虑其他因素的影响，则最大链路损耗的差值ΔP_L为15dB。采用3GPP标准的Uma-NLOS传播模型，如图2所示，进行链路预算：

P_{L max}(dB)＝13.54+39.08lg(d_3D)+20lg(f_c)-0.6(h_UT-1.5)