[发明专利]一种大规模天线系统中波束宽度优化方法及切换方法

说明书

本申请涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种大规模天线系统中波束宽度优化方法及切换方法，包括：获得数据速率c与基站BS的有效波束宽度θ_BS的关系式；获得用户终端UE前后时刻位置与基站BS位置之间的角度差Δα；根据角度差Δα确定波束切换概率p_switch和切换开销m；根据数据速率c和切换开销m构建目标函数根据目标函数的约束条件求解目标函数得到后一时刻有效波束宽度θ_BS的最优值。由于本申请考虑了移动场景下，移动终端UE运动速度对波束切换开销的影响，权衡考虑用户数据速率和波束切换开销，将二者比值作为优化函数，通过最大化求解得到的有效波束宽度，实现了最佳的波束宽度，减小了切换次数，达到了性能与开销之间的折中。

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种大规模天线系统中波束宽度优化方法及切换方法。

背景技术

近年来，随着智能手机和平板电脑的广泛使用，各种应用的业务量猛增，移动数据应用加速增长，这使得移动通信系统蜂窝网络面临重大挑战。然而现阶段广泛应用的6GHz以下的微波频段无法提供足够的频谱资源，系统容量限制将无法进一步满足高速率业务的需求，因此30-300GHz的毫米波段受到了广泛重视。尽管其蕴涵丰富可用频谱资源，能够缓解频谱资源稀缺的压力，毫米波段也有一些固有的缺陷。毫米波的路径损失很高、对障碍物的穿透能力很差，使得小区覆盖范围下降。但是这可以通过应用多天线技术克服，利用波束赋形技术获得的高增益可以增大小区覆盖范围、扩充系统容量、减小干扰。同时，毫米波段的短波长也更有利于大规模天线的部署。综上，毫米波大规模天线(Massive MIMO)系统是新一代移动通信关键技术之一。

由于毫米波系统的路径损耗很大，需要收发双方都使用波束赋形技术，利用高方向性波束对准带来的高增益弥补无线链路传输的损耗。然而，实际上用户可能随时随地发生移动。当用户终端(UE)旋转或移动的时候，UE位置和朝向会发生变化，当前服务波束不再对准，使得传输质量下降，甚至会导致链路中断，影响系统吞吐量和用户体验。而为降低UE移动带来的损失，现有方案大都需要进行接收信号的周期性监测，当检测量低于某一阈值时，则重新搜索合适的收发波束对，在当前波束对完全失效之前进行切换。考虑到毫米波系统的信号传播距离短、波束宽度小，UE的轻微移动或许会造成频繁切换，这会降低系统容量，增大时延，增加开销，同时还会影响通信过程。

因此，如何在保证系统性能的基础上减小切换次数，实现最佳的波束宽度，达到性能与开销的折中，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种大规模天线系统中波束宽度优化方法及切换方法，以减小切换次数，实现最佳的波束宽度，达到性能与开销的折中。

为解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

一种大规模天线系统中波束宽度优化方法，包括如下步骤：获得数据速率c与基站BS的有效波束宽度θ_BS的关系式；获得用户终端UE前后时刻位置与基站BS位置之间的角度差Δα；根据角度差Δα确定波束切换概率p_switch和切换开销m；根据数据速率c和切换开销m构建目标函数根据目标函数的约束条件求解目标函数得到后一时刻有效波束宽度θ_BS的最优值。