一種5G毫米波通信方法及相應的波束成形方法與流程

2023-04-24 19:38:46 3

本發明涉及通信技術，特別是關於一種5G毫米波通信方法及相應的波束成形方法。

背景技術：

在現有的5G毫米波通信中，波束成形技術被廣泛使用，以天線矩陣的增益來彌補高頻信號的衰減。這種以接收端和發射端同時通過波束成形的方式通信的方式，要求發射的波束和接收端的波束必須同時朝向對方，如果一方突然移動，發射、接收的波束中有一方偏離對方波束，就會產生通信的中斷。遇到這種問題時，一般需要發射、接收端同時或一方使用預定位算法，再次找到對方的波束，重新建立連接，這樣會嚴重影響通信的質量和交換信息的速率；或者要求通信的雙方都處於靜止狀態，而這樣將會極大的限制5G毫米波無線通信的應用和推廣。

技術實現要素：

針對目前毫米波通信發射、接收端不能同時移動的缺點，本發明提供一種全新的5G毫米波通信方法，及通信中使用的波束的成形方法。該通信方法發射端和接收端採用高斯波束成形通信的方式，發射端定位接收端以後，通過雙方天線矩陣的相位控制器發射高斯波束，使雙方在較寬的波瓣波動範圍內以隨機接入的方式進行通信。

本發明解決以上技術問題所採用的技術方案如下：一種5G毫米波通信方法，其特徵在於：在發射端和接收端中至少一端採用高斯波束髮射，波束的中心發射方向互相指向對方。

所述高斯波束是以發射中心μ為對稱軸，以波瓣寬度為波動範圍的正態分布N(μ,)形態。

所述高斯波束的成形方法是：採用一個波束呈高斯分布的高斯相位生成器。

本發明顯著的有益效果體現在：雙高斯波束形成技術可以用在5G毫米波通信中，解決目前毫米波通信發射、接收雙方不能同時移動的缺點，採用高斯波束通信的時候，收發端波束不要求嚴格對準，通信雙方在波瓣波動範圍內一直處於隨機建立連接的狀態。雖然接收信號在強度上會有能量高低變化，但數據通信可以一直保持順暢，並且發射端接收端可以低速移動。

雖然此技術旨在解決毫米波通信中的移動問題，但此技術同時適用於固定或處於移動中的毫米波通信設備。

附圖說明

圖1為發射端、接收端同時發射高斯波束實現毫米波無線通信；

圖2為高斯波束波瓣本身的寬窄，波瓣能量的分布。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述，但本領域的技術人員應該知道，以下實施例並不是對本發明技術方案作的唯一限定，凡是在本發明技術方案精神實質下所做的任何等同變換或改動，均應視為屬於本發明的保護範圍。

本發明通過發射端和接收端至少一端產生角度按照高斯分布的時變波束，使得通信雙方可以在一方或雙方移動時，波束不會完全分離，使得低速移動中的毫米波通信保持暢通，數據信息的傳輸不會中斷。

圖1所示是發射端和接收端同時使用高斯波束，波束的中心發射方向互相指向對方，這種通信方式可以成為雙高斯波束通信方式，也是最佳的通信方式。還有兩種可行的方式：一是發射端發射高斯波束，接收端僅發射普通波束；二是發射端僅發射普通波束，接收端發射高斯波束。後兩種方式較雙高斯波束通信方式效果稍差，但相比於雙普通波束通信方式要好。高斯波通信方式可應用於5G毫米波無線通信的室內通信，通信的雙方可同處在低速運動當中，無需事先定位一方，或雙方都靜止。

高斯波束賦形的過程是：以發射端為例，如圖2所示，發射波的波瓣本身是一窄波瓣，波瓣的寬度是θ，波束的發射中心μ方向指向接收端；如果對發射波的角度施以控制，使其波瓣的擺動範圍擴大至以一定擺動範圍隨機發射，且發射的波束是以發射中心μ為對稱軸，以為波動範圍的正態分布N(μ,)形態，則因此稱為高斯波束合成。高斯波束合成後的發射能量(或者接收能量)分布同樣可以看成是以μ為中心，以為波動範圍的正態分布N(μ,)，因此，波束合成的最終效果就是發射能量在一定範圍內逐漸擴散，被接收端大範圍地接收。

接收端的波束合成也是同樣的過程，接收端發射波的中心方向指向發射端，發射的波束也是以一定擺動範圍隨機發射，最後形成高斯波束，兩者對發，如圖1所示。

本發明同時提出一個簡單的角度按照高斯分布特點的時變波束，即高斯波束的形成方法是：

可以在普通的相位控制器上進行相應改進，在調節波束中心角度的時候，加入一個角度按照高斯隨機分布的高斯相位生成器，使相位在一定範圍內進行隨機變化，且符合高斯分布。因此可以在不改變原有波束波瓣寬度的情況下，在一個角度範圍內，高速持續發射波束，讓波束橫截面的能量分布按照高斯分布輻射出去，由此實現高斯波束賦形。本發明中天線矩陣的相位控制方法在本質上跟傳統相位控制方法沒有變，因此本方法可以結合各種現有的天線矩陣波束賦形技術。