[发明专利]一种高频通信链路的建立方法、系统和电子设备

说明书

本发明提供一种高频通信链路的建立方法、系统和电子设备，包括：建立与第一基站的低频通信链路，交互获取第一基站和终端的地理位置；计算与第一基站的物理距离以及高频段波束的接收初始范围；在接收初始范围内，接收第一基站从搜索初始范围内发出的高频段波束；其中，搜索初始范围是根据物理距离计算获得的；在接收初始范围内进行高频段波束搜索，并与第一基站进行信息交互，直至获取最强接收信号波束对；在最强接收信号波束对上建立与第一基站的高频通信链路。本发明利用高低频地理位置共享，估算搜索和接收初始范围，将全空间搜索降低到初始范围定向搜索，降低搜索的复杂度、缩短时延和减小开销。

技术领域

本发明涉及一种无线通信领域，特别是涉及一种高频通信链路的建立方法、系统和电子设备。

背景技术

随着无线通信技术的高速发展以及人们对无线通信要求的不断提高，传统通信网络(如3G，4G)已经无法满足需求，因此，5G无线通信网络在传统通信网络的基础上被提出。在5G无线通信网络框架下，大幅度地提升了网络容量，优化终端用户体验，是5G网络设计的关键技术指标。

传统通信网络采用的是无线覆盖较为好的低频段(如700-800MHz等)，但随着无线频谱的密集分配，低频段的传输对数据传输容量的限制难以满足未来5G网络中数据速率千倍增长的容量需求。因此，高频段(如毫米波30GHz以及以上频段)成为了未来无线传输的重要候选频段，其通过大规模多天线的窄定向性波束提升信号增益。

在高频段，例如毫米波频段上，无线电波体现出与低频段非常明显的传播特性差异，具体表现在：1)高频信号衰落快，传播距离相对较近；2)信号易受障碍物阻挡等等。并且，由于高频段采用的大规模天线的天线尺寸变小，从而毫米波系统可以配置几百甚至上千个天线，通过大规模天线阵列带来的定向性传输提升信号增益，使得毫米波可以应用于室内或室外等多种传输场景，采用大规模天线阵列的毫米波传输也成为毫米波应用的一种主要架构形式。

然后，采用数量较大的天线进行高频段传输，若采用传统低频段参考信号方式进行信道估计，不仅开销大，而且估计复杂度也高。因此，在该架构下，通常采用波束搜索的方式进行毫米波信道估计并建立通信链路。然而，毫米波采用大规模天线阵列后，传输波束较窄，波束数目大，如何快速准确的找到合适的波束对，降低波束搜索的复杂度和时延，是毫米波应用的关键问题。

高效对齐发送端和接收端的高定向性波束是毫米波传输面临的首要问题。目前，主要有以下几种毫米波波束搜索方式：

1)波束的遍历性搜索：遍历性搜索是一种穷搜的方式，通过遍历发送端全部波束的方向和接收端的全部波束的方向，寻找接收信号能量最强的波束对。假设发送端和接收端各配置N个方向的波束，那么遍历性搜索需要进行N*N次传输。通常N大致与天线数的数量级一致，大规模天线阵时，显然，遍历性搜索的时延和复杂度是难以接受的。因此，遍历性搜索的优点是能够配对最优的波束对，缺点是复杂度高，时延大。

2)基于码本结构的多等级搜索：在多多级(multi-level)搜索模式中，波束码本通常具有分层结构，不同码本的波束覆盖范围不同，经过粗搜和细搜等多级搜索方式完成波束对齐，搜索算法有二分法、树搜索、扇区-波束(sector-beam)分层搜索等。相比遍历性搜索，分级搜索可以有效降低搜索次数。在现有标准协议IEEE 802.11ad和IEEE802.15.3c的高频段传输中均采用了多级搜索的方式。

3)基于波束编码(beam coding)的搜索方式：收发端利用Zadeoff-Chu(ZC)等序列的正交特性，在一次波束训练中对多个正交的定向波束进行编码发送或接收，并在一次传输包中进行处理，从而降低训练序列开销，这提供了降低波束搜索开销的另一种研究思路。

波束搜索的各种改进算法虽然在一定程度上降低了搜索的复杂度，但是针对毫米波成百甚至上千的窄波束而言，单纯利用毫米波单带进行波束搜索，仍然存在较高的时间延时和训练信令开销。

发明内容