[发明专利]一种通过多个子波束叠加设计波束宽度的波束扫描方法

权利要求书

1.一种通过多个子波束叠加设计波束宽度的波束扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在小区发现阶段基站广播导频信号时，建立小区搜索延迟和扫描波束最小数量的表达式，通过K个灵活宽度波束扫描覆盖整个区域；

S2、利用一维均匀线性阵列，将N_T个阵列天线分成M个子阵列，建立子阵列模型，并给出总阵列响应F(θ)，分析子阵列个数M和灵活宽度波束数量K之间的关系，调整每个子波束的方向，实现灵活波束宽度扫描，总阵列响应F(θ)表示如下：

其中，ω(θ)＝2π dsinθ/λ，d是天线空间，λ是波长，f_m,n对应于第(m+1)个子阵列的第(n+1)个天线单元的波束形成权值，灵活波束的波束宽度Θ_f为：

其中，N_m为第m个子阵列所包含的天线单元的个数，N_T为阵列天线数量，为条件N_m＝N_T，灵活宽度波束数量K满足条件如下：

Θ_f≥Θ_t/K

子阵列模型为：

其中，Θ_t为K个灵活宽度波束的波束完成目标覆盖角度；

S3、分析在期望覆盖区域上的波束形成增益和阵列天线数量的关系，设计并优化灵活宽度的波束数量K，达到最大化系统容量。

2.根据权利要求1所述的通过多个子波束叠加设计波束宽度的波束扫描方法，其特征在于，步骤S1中，扫描波束的最小数量为：

K≥Θ_t/Θ_s

其中，Θ_s为单个波束的覆盖角度。

3.根据权利要求2所述的通过多个子波束叠加设计波束宽度的波束扫描方法，其特征在于，设一个帧持续时间T包括小区发现阶段τ和数据传输阶段T-τ，其中，0＜τ＜T，小区搜索延迟τ表示为K的函数为：

τ＝KT_p＝KT_s/η

其中，T_s为一个搜索波束的时间，η为导频信号，T_p为一个波束发现并传输数据的时间。

4.根据权利要求1所述的通过多个子波束叠加设计波束宽度的波束扫描方法，其特征在于，步骤S2中，第(m+1)个子波束和第(m+2)个子波束的中心角之间的差角Θ_d,m满足以下条件：

其中，N_m为第m个子阵列所包含的天线单元的个数。

5.根据权利要求1所述的通过多个子波束叠加设计波束宽度的波束扫描方法，其特征在于，步骤S3中，灵活波束宽度波束的数量K^o为：

其中，T_s为一个搜索波束的时间，η为导频信号，N_T为阵列天线数量，W{·}是朗伯W函数的第零个分支，σ²是用户的复加性高斯白噪声的方差，α为调整因子，P为基站的发射功率，T为一个帧持续时间。

6.根据权利要求5所述的通过多个子波束叠加设计波束宽度的波束扫描方法，其特征在于，波束形成增益G和阵列天线数量N_T的关系为：

G≤min{N_t，2πK/Θ_t}。