一种无线感知协同的多用户波束对准方法

本发明属于通信。

背景技术：

1、新兴6g场景对无线网络的通信性能提出了严苛要求，包括更高的通信速率、更低的时延以及更高的可靠性。此时毫米波频段的高增益波束成为高速率通信的重要参考方法。然而，毫米波波束极窄的波束宽度，极大提高了波束对准与波束追踪的难度。随着波束宽度的降低，这一问题将更加严重，成为制约毫米波无线通信系统中系统性能进一步提升的关键因素。因此，如何为毫米波频段设计准确的波束对准方法至关重要。

2、现有方法一：第三代合作伙伴计划（3gpp）技术规范tr 38.213中说明了一种说明了一种基于同步信号块（ssb）感知的小区搜索/波束选择方法，用于为初始接入以及空闲态/非激活态以及连接态的移动性提供一种小区搜索/波束选择方式，此外信道状态估计参考信号（csi-rs）等参考信号也可用于波束选择。一般来说，波束过程可以分为s1/s2/s3。其中，s1为波束选择，基站（bs）使用宽波束扫描，用户设备（ue）测量并选择最佳宽波束上报给基站；s2为可选择的基站发射波束细化，基站在较窄的范围内扫描较窄的光束，ue检测到最佳波束并将其报告给基站；s3为ue接收端波束细化，基站重复发射最佳波束，ue改进其接收波束。最终形成bs-ue波束对。

3、现有方法二：专利cn115001550a中说明了一种用于毫米波系统的多用户波束快速对准方法，提高了波束对准效率，具体可以分为步骤s1/s2/s3/s4。其中，s1将整个信道角度区域等分为射频通道数个区域，利用宽波束进行区域搜索，确定每个用户所在区域；s2中每个用户在上行时隙中将所在区域编号反馈到基站，基站根据各区域用户数量划分区域等级；s3根据各区域等级实施对应的窄波束跳跃式搜索策略，在上行时隙中各用户将最佳模拟波束反馈到基站端，得到每个用户的最佳窄波束；s4基站调整最佳模拟波束成形矩阵，根据迫零算法求出基带预编码，完成多用户波束模拟对准。

4、现有方法的毫米波波束收发端之间的波束训练和跟踪大多是仅通过通信协议实现的。基站首先发射用于波束管理的特定参考信号，ue检测信号并进行测量后向基站发送反馈。基站根据反馈信息生成空间波束，从而建立高质量的通信链路。但在高移动性场景中，需要预设大量波束码本以保证波束对准能力，并且需要更高频次的波束测量和上报，极大地增加了系统开销和网络延迟，为波束训练与波束跟踪带来了挑战。同时，受限于移动端能耗及信息处理能力，ue能够测量及上报的波束数量受限，使得上述波束扫描方法存在最小误差，难以满足高移动场景性能需求。此外，基于减少预设码本数量以及跳跃式码本搜索的快速对准策略，虽然能降低波束对准的时间开销，但难以实现精确的波束对准，进而制约传输数据速率。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明的目的在于提出一种无线感知协同的多用户波束对准方法，用于最大化感知对通信的辅助增益效果以及最大化不完美波束对准情况下的可达下行和速率。

3、为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种无线感知协同的多用户波束对准方法，包括：

4、激活初始接入流程，完成基站与用户间初始粗略波束对建立；

5、通过对所述基站的资源分配模块进行无线资源分配最大化不完美波束对准情况下的可达下行和速率；

6、通过所述基站于上一追踪时段内对所述用户的位置预测结果与所述资源分配模块输出的感知功率分配结果，确定所述用户的感知波束指向，根据所述感知波束指向发射多个不同功率的感知窄波束执行感知任务；

7、通过所述基站接收所述用户的上行通信信号，并基于感知回波处理对所述用户位置进行预测；

8、根据预测的结果通过所述基站对用户执行下行通信波束对准。

9、另外，根据本发明上述实施例的一种无线感知协同的多用户波束对准方法还可以具有以下附加的技术特征：

10、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述激活初始接入流程，完成基站与用户间初始粗略波束对建立，包括：

11、基于同步信号通过所述基站进行无偏重的盲波束赋形，实现对所述基站覆盖范围内物体位置及运动状态的粗感知；

12、基于通信用户收到的同步信号信息向所述基站发射上行反馈信号，使所述基站分辨出环境目标与通信用户，完成初始粗略波束对建立。

13、进一步地，在本发明的一个实施例中，通过所述基站的资源分配模块进行无线资源分配最大化不完美波束对准情况下的可达下行和速率，包括：

14、分配给每个用户的用于感知和通信的功率，以及感知时间和下行通信时间的占比。

15、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述感知回波处理方法，包括：

16、通过基站接收所有感知回波，基于所述感知回波分析所得用户信息，估计用户当前时刻的角度信息与位置信息，并预测下一时段的用户角度与位置。

17、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述预测方法，包括：

18、基于上一追踪时段内的位置信息进行运动学方程位置递推，若感知回波接收中，接收到指向某一用户的感知回波不满足显著条件，则判定为波束失准，通过等待下一接入周期或事件触发性地重新激活初始接入流程。

19、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据预测的结果通过所述基站对用户执行下行通信波束对准，包括：

20、基于所述感知功率分配结果与预测得到的所述用户的位置信息，通过所述基站向用户方向形成多个精确对准的通信窄波束，所述用户自适应地接收所述基站发出的下行通信波束，完成下行通信。

21、为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种无线感知协同的多用户波束对准装置，包括以下模块：

22、粗对准模块，用于激活初始接入流程，完成基站与用户间初始粗略波束对建立；

23、分配模块，用于通过对所述基站的资源分配模块进行无线资源分配最大化不完美波束对准情况下的可达下行和速率；

24、感知模块，用于通过所述基站于上一追踪时段内对所述用户的位置预测结果与所述资源分配模块输出的感知功率分配结果，确定所述用户的感知波束指向，根据所述感知波束指向发射多个不同功率的感知窄波束执行感知任务；

25、预测模块，用于通过所述基站接收所述用户的上行通信信号，并基于感知回波处理对所述用户位置进行预测；

26、对准模块，用于根据预测的结果通过所述基站对用户执行下行通信波束对准。

27、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述分配模块，还用于：

28、基于同步信号通过所述基站进行无偏重的盲波束赋形，实现对所述基站覆盖范围内物体位置及运动状态的粗感知；

29、基于通信用户收到的同步信号信息向所述基站发射上行反馈信号，使所述基站分辨出环境目标与通信用户，完成初始粗略波束对建立。

30、为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的一种无线感知协同的多用户波束对准方法。

31、为达上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的一种无线感知协同的多用户波束对准方法。

32、本发明实施例提出的无线感知协同的多用户波束对准方法，基于通信-感知时分共存方法，通过无线感知获取用户角度信息并据此进行波束对准及追踪，同时通过通信功能与感知功能的时域资源分配和多用户间的通信感知波束功率资源分配进行相互迭代的联合优化，最大化感知对通信的辅助增益，最终获得系统容量提升。