波束选择方法及装置与流程

本申请涉及移动通信技术，特别涉及一种波束选择方法及装置。

背景技术：

目前，第四代移动通信技术(4g)已经开始广泛地部署在世界各地，而第五代移动通信技术(5g)已经成为了新兴的研究领域。大规模多输入多输出(mimo，multiple-inputmultiple-output)的应用已成为5g技术的一个热门领域。跟传统的mimo技术相比，大规模mimo可以在基站(enb)使用更多的天线，以期提供更大的吞吐量。同时，在大规模mimo技术之下进一步应用波束成形技术，可以实现更精准的指向性服务，从而可以在相同的空间中提供更多的通信链路，通过这种空间复用，进一步提高基站的服务容量。

技术实现要素：

本申请的实例提供了一种波束选择方法。该方法包括：

a、预先配置第1级至第k级波束以及各级波束之间的对应关系；其中，k为自然数；

b、向用户终端ue发送第1级的各个波束；

c、接收ue反馈的波束索引；

d、确定所接收波束索引对应的波束，

若所确定的波束不是第k级波束，则向ue发送所确定波束对应的下一级波束中的各个波束，然后返回c；

若所确定的波束是第k级波束，则将所确定的波束作为ue选择的候选波束。

本申请的实例还提供了一种实现上述波束选择方法的基战，包括：

配置模块，用于进行波束选择配置，确定第1级至第k级各级波束以及各级波束之间的对应关系；其中，k为自然数；

波束参考信号发送模块，用于向用户终端ue发送波束参考信号；

反馈接收模块，用于接收ue反馈的波束索引；

控制模块，用于控制波束参考信号发送模块向ue发送配置模块所配置的第1级波束的波束参考信号；在反馈接收模块接收到ue反馈的波束索引后，确定ue所反馈波束索引对应的波束，并判断该波束是否为第k级的波束，如果是，则该波束为ue选择的波束；如果不是，则控制波束参考信号发送模块向ue发送该波束对应的下一级波束的波束参考信号。

本申请所述的波束选择方案，无需将候选波束逐一发给ue进行测量，从而在候选波束数目较多地情况下可以大大降低波束选择过程的开销。此外，在本申请所述的波束选择方案中，要求上级波束的宽度都大于下级波束的宽度，因此，ue先从宽度较宽的波束中选择，再从宽度较窄的波束中选择，从而可以更好地对抗相位噪声对波束选择精确度的影响，提高波束选择的精确度，进而保证通信质量。

附图说明

为了更清楚的说明本申请中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，

图1显示了本申请一个实例所述的各级波束的示例；

图2显示了本申请一个实例所述的波束选择方法的流程图；

图3显示了基站与单一ue进行波束选择的过程；

图4显示了基站与多个ue进行波束选择的过程；

图5显示了本申请另一个实例所述的波束选择方法的流程图；

图6显示了本申请一个实例所述对所选择波束进行相位精细调整的示例；

图7显示了本申请一个示例所述的对所选择波束进行相位精细调整的方法流程图；

图8a和8b显示了本申请另一个实例所述的对所选择波束进行相位精细调整的示例；以及

图9显示了本申请一个实例所述的基站的内部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实例是本申请一部分实例，而不是全部的实例。基于本申请中的实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实例，都属于本申请保护的范围。

如前所述，通过将大规模mimo技术和波束成形技术相结合可以获得更多的天线以及更多的波束，例如，在5g系统中可以使用的波束的数目可以达到512个，甚至更多。随着天线数及波束数目和精度的增加，系统的容量可以得到大幅度地提高。而且随着波束数目的增加，每个波束的宽度也变得越来越窄，从而可以实现更为精确的指向性服务。在这种情况下，移动终端(ue)如何进行波束的选择也成了5g通信系统亟待解决的问题之一。

正如前文所说，在应用大规模mimo技术时，可以生成的波束的数目以及精度都将大幅增加，如果通过穷尽的方式将所有波束一一发给ue，再由ue逐一进行测量并从中进行选择将产生非常大的信令开销。为此，本申请的实例给出了一种波束选择方法，通过分级选择波束的方式进行波束选择，从而避免在波束选择过程中产生过大的信令开销。

在本发明的实例中，在进行波束选择之前，首先需要进行波束选择的基本配置。这些配置主要包括以下几个方面：

第一，确定待选择的候选波束的数目n。在本发明的实例中，将基站生成的可以由ue选择的波束称为候选波束。上述候选波束的数目可以与基站的发射天线数有关。在基站配置完成后，一般即可确定该基站可以生成的波束的数目n。当然，上述候选波束的数目也可以由系统配置确定。

第二，确定分级波束选择方法的级数k。上述分级波束选择的级数k可以是固定的经验值，例如，考虑到分级波束选择方法的复杂度在进行系统配置时直接设置波束选择的级数k＝3。上述波束选择的级数k也可以根据具体的应用场景和需求来确定，例如对于时延要求比较高的系统，可以减少波束选择级数k以降低时延。

第三，根据n个候选波束以及波束选择的级数k，确定从第1级到第k级波束中，每一级包括的波束。在本申请的实例中，且第1级到第k级的波束需要满足如下要求：

1)第i级的各个波束分别对应两个及以上第i+1级的波束，其中，i＝[1,k-1]。

2)第i+1级的波束均对应1个第i级的波束。

3)第i级的各个波束分别可以对应两个及以上第i+1级的波束，且第i级波束的宽度将大于第i+1级波束的宽度。

4)第k级波束为上述n个候选波束。

5)第i级的各个波束的方向分别与其对应的两个及以上第i+1级波束的方向相关。具体可以表现为某个第i级波束的系数与其对应的两个及以上第i+1级波束的系数的相关系数大于预先设定的阈值。即如果两个波束系数的相关系数大于预先设定的阈值，则认为这两个波束相关；否则，认为这两个波束不相关。上述波束的系数具体可以是波束的阵列因子(arrayfactor)。

上述第1级到第k级的波束还可以满足如下要求：第i级波束的宽度将大于第i+1级波束的宽度。

图1显示了一个已确定的各级波束的示例。在本例中，候选波束有8个，波束选择的级数为3级。如图1所示，在本例中，第一级波束(level1)有2个，波束b1和b2，每个波束分别对应第二级波束(level2)的4个波束中的2个波束。例如，波束b1对应波束b11和b12，波束b2对应波束b21和b22。第二级4个波束中的每个波束分别对应第三级波束(level3)的8个波束中的2个波束。例如，波束b11对应波束b111和b112，波束b12对应波束b121和b122，波束b21对应波束b211和b212，波束b22对应波束b221和b222。第三级即为8个候选波束b111、b112、b121、b122、b211、b212、b221和b222。从图1可以看出，第1级2个波束的宽度分别大于第2级4个波束的宽度；而第2级4个波束的宽度分别大于第3级8个波束的宽度。且波束b1与波束b11和b12的方向相关，波束b2与波束b21和b22的方向相关，波束b11与波束b111和b112的方向相关，波束b12与波束b121和b122的方向相关，波束b21与波束b211和b212的方向相关，以及波束b22与波束b221和b222的方向相关。

在完成上述设置之后，即可以开始进行波束选择了。图2显示了本申请实例所述的波束选择方法。如图2所示，该方法包括如下步骤：

步骤201：基站向ue发送第1级的各个波束。

在本申请的实例中，在波束选择的过程中，基站向ue发送的是各个波束的参考信号。在这里简称为波束参考信号(brs)。

基站为了向ue发送brs，需要预先进行相关的资源配置，即告知ue自身将占用哪个子帧(subframe)或者时间实例(timeinstance)以及占用时间实例中的哪些时频资源发送brs。在本实例中，可以将上述配置称为brs资源配置。通常，基站可以通过rrc控制信令或动态控制信令进行brs资源配置；也可以在rrc预先定义了brs资源后再通过动态信令进行触发；还可以预先配置在每个子帧或者时间实例中都包含brs。

通常情况下，基站需要指示ue基站将在哪个子帧或者时间实例进行brs传输。例如，可以在下行控制信道上传输的与下行传输有关的下行控制信息(dci)上增加brs指示比特brs_enable，其中，brs_enable＝1时表明基站将开始发送brs。ue在检测到brs指示比特brs_enable为1时将进行波束检测。

步骤202：ue进行波束检测，从中找到接收性能最好的波束作为所选择的波束，并将所选择波束的波束索引(bi)反馈给基站。

为了让ue向基站反馈所选择波束的波束索引，基站也需要预先定义ue的反馈模式并进行相关的配置，即告知ue采用何种反馈模式进行反馈。在本实例中，上述反馈模式可以包括：1)无需反馈；2)仅反馈所选择波束的波束索引；以及3)除反馈所选择波束的波束索引外，还需反馈信道质量指示(cqi，channelqualityindicator)，秩指示(ri，rankindication)，预编码矩阵指示(pmi，precodingmatrixindicator)等等。

通常情况，也需要增加额外的反馈模式指示比特来指示ue采用何种反馈模式进行反馈。例如，在下行控制信道上传输的与下行传输有关的dci上增加反馈模式指示比特feedback_mode，其中，feedback_mode＝0表明不需要进行反馈；feedback_mode＝1表明ue仅需反馈所选择波束的波束索引；feedback_mode＝2表明ue不仅需要反馈所选择波束的波束索引还需要反馈当前的cqi、ri以及pmi等参数。在这种情况下，ue将根据反馈模式指示比特的指示进行相应的反馈。例如，当ue检测到feedback_mode＝1时，将仅反馈所选择波束的波束索引；当ue检测到feedback_mode＝2时，将反馈所选择波束的波束索引，cqi、ri以及pmi。

关于ue进行反馈的时机，长期演进系统(lte)中定义了关于参考信号(rs)传输与信道状态指示(csi)反馈的最小间隔。因此，在本发明的实例中ue可以通过如下两种方式确定进行反馈的时机：

(1)反馈的时机由参考信号的传输时间决定，如在第x时刻收到参考信号，那么ue将在x+n时刻反馈。

(2)反馈时间由csi反馈触发(trigger)而定，如ue将在收到csi反馈触发信号后反馈。

步骤203：基站接收ue反馈的波束索引，确定所接收波束索引对应的波束。

在本步骤中，基站可以根据接收的波束索引直接确定ue所选择的波束。

步骤204：基站判断所确定的波束是否为第k级波束，若所确定的波束不是第k级波束，则执行步骤205；若所确定的波束是第k级波束，则执行步骤206。

步骤205：基站向ue发送所确定波束对应的下一级波束中的各个波束，然后返回步骤202。

在本步骤中，基站向ue发送所确定波束对应的下一级波束中的各个波束的方法可以参考上述步骤201，在此不再赘述。

步骤206：基站将所确定的波束作为ue最终选择的波束。

通过上述分级波束选择的方法，无需将候选波束逐一发给ue进行测量，从而在候选波束数目较多地情况下可以大大降低波束选择过程的开销。

图3显示了在只有一个ue的情况下，基站与单个ue之间进行波束选择的过程。如图3所示，基站首先在下行子帧#0中阴影部分所示的资源位置发送如图1所示的第1级的两个波束b1和b2的参考信号。ue在检测到这两个波束后，通过测量，选择了性能较好的波束b2，并在上行子帧#5反馈所选择波束的波束索引，也即bi＝2。接下来，基站在下行子帧#6中阴影部分所示的资源位置发送如图1所示的波束b2所对应的第2级波束中两个波束b21和b22的参考信号。ue在检测到这两个波束后，通过测量，选择了性能较好的波束b22，并在上行子帧#10反馈所选择波束的波束索引，也即bi＝22。最后，基站在下行子帧#11中阴影部分所示的资源位置发送如图1所示的波束b22所对应的第3级波束中两个波束b221和b222的参考信号。ue在检测到这两个波束后，通过测量，选择了性能较好的波束b222，并在上行子帧#15反馈所选择波束的波束索引，也即bi＝223，同时，根据反馈模式指示比特的指示还反馈了当前的cqi、ri以及pmi等信息。至此，波束选择过程完成，由此可以看出，通过三次选择过程，基站共发送了6个波束，ue即可从8个候选波束中精确地选择到最适合自己的波束。

图4显示了在有多个ue的情况下，基站与多个ue进行波束选择的过程。在本例中，首先假设候选波束的个数为512个；波束选择的级数为3，也即每一级有8个波束，且每一级的波束对应下一级的8个波束。该基站覆盖的ue数为10个，包括ue1、ue2、……、ue10。在这种情况下，如图4所示，基站首先发送第1级的8个波束b1至b8的参考信号。各个ue在检测到这8个波束后，通过测量，分别选择了性能较好的波束，ue1和ue2选择了波束b1，并反馈了相应的bi；ue3选择了波束b2，并反馈了相应的bi；ue4和ue5选择了波束b3，并反馈了相应的bi；ue6、ue7以及ue8选择了波束b5，并反馈了相应的bi；ue9选择了波束b6，并反馈了相应的bi；以及ue10选择了波束b7，并反馈了相应的bi。接下来，基站分别发送如图4所示的波束b11～b18、b21～b28、b31～b38、b51～b58、b61～b68以及b71～b78的参考信号。各个ue在检测到这些波束后，通过测量，分别选择了性能较好的波束，ue1选择了波束b11，并反馈了相应的bi；ue2选择了波束b15，并反馈了相应的bi；ue3选择了波束b25，并反馈了相应的bi；ue4选择了波束b32，并反馈了相应的bi；ue5选择了波束b36，并反馈了相应的bi；ue6、ue7以及ue8选择了波束b54，并反馈了相应的bi；ue9选择了波束b67，并反馈了相应的bi；以及ue10选择了波束b72，并反馈了相应的bi。然后，基站根据ue选择的波束发送这些波束对应的第3级波束的参考信号。最后，各个ue再根据对各个波束的检测结果选择性能最好的波束，并将所选择波束的波束索引以及cqi、ri、和pmi等信息反馈给基站。如图4所示，在本例中，从第1级到第3级的三次波束发送过程，基站共向ue发送的波束数目有8+6х8+8х8＝120个，然而所有的候选波束有512个。因此，通过这种分级的波束选择方法可以大大减少基站需发送的波束的数目，从而可以大大降低波束选择过程的开销。

此外，如前所述，在5g时代，通过将大规模mimo技术和波束成形技术相结合可以获得更多的天线以及更多的波束，而且，波束的宽度越来越窄，从而实现更精确地指向性服务。然而，随着波束宽度的变窄，波束受相位噪声的影响将变大，从而影响波束选择的精确度以及通信的质量。为此，在本申请所述方法的多级的波束中，要求上级波束能够覆盖所对应的下级波束，也即上级波束的宽度都大于下级波束的宽度，因此，ue先从宽度较宽的波束中选择，再从宽度较窄的波束中选择，从而可以更好地对抗相位噪声对波束选择精确度的影响，提高波束选择的精确度，进而保证通信质量。

更进一步，为了进一步对抗相位噪声对波束选择精确度的影响，本申请还提出了一种波束选择方法。在该方法中，在确定了ue最终选择的候选波束后还进一步对ue最终选择的候选波束进行相位调整，并将调整后的波束发送给ue。ue在对经过相位调整后的波束进行波束检测后，将所选择波束的波束索引再反馈给基站，此时，基站可以确定ue选择的经过相位调整候选波束。在本方法中，通过对ue选择的候选波束进行相位调整，可以使得波束能精确地对准ue，从而避免相位噪声对波束选择精确度以及通信质量的影响。

图5显示了本申请实例所述的波束选择方法。如图5所示，该方法包括如下步骤：

步骤501：基站向ue发送第1级的各个波束。

步骤502：ue进行波束检测，从中找到接收性能最好的波束作为所选择的波束，并将所选择波束的波束索引(bi)反馈给基站。

步骤503：基站接收ue反馈的波束索引，确定所接收波束索引对应的波束。

步骤504：基站判断所确定的波束是否为第k级波束，若所确定的波束不是第k级波束，则执行步骤505；若所确定的波束是第k级波束，则执行步骤506。

步骤505：基站向ue发送所确定波束对应的下一级波束中的各个波束，然后返回步骤502。

上述步骤501～505的实现方法可以与上述步骤201～205的实现方法相同，在此就不在赘述了。

步骤506：基站以ue所选择波束为中心，分别将ue所选择的波束延顺时针方向和逆时针方向旋转预先设定的旋转精度s次，共得到2s个波束，其中，每两个相邻波束之间的角度相差一个旋转精度。其中，s为自然数。

在本实例中，上述旋转精度以及旋转次数s的设置可以根据候选波束的宽度以及相邻候选波束之间的角度来确定，保证这2s+1个波束中每个相邻的波束仅偏移一个很小的角度，而且经过偏移后不会距离其他候选波束更近。

步骤507：基站将得到的2s个波束和ue所选择的波束一起发给ue。

在本步骤中，基站将一共发送2s+1个波束的brs到ue。

步骤508：ue进行波束检测，从中找到接收性能最好的波束作为所选择的波束，并将所选择波束的波束索引(bi)反馈给基站。

步骤509：基站接收ue反馈的波束索引，确定所接收波束索引对应的波束。

步骤510：基站将所确定的波束作为ue最终选择的波束。

上述步骤506-510实现了对所选择波束的相位的精细调整，从而使得所选择的波束能够更精确地对准ue，有效避免相位噪声对波束选择准确度以及通信质量的影响。

图6显示了上述对所选择波束进行相位精细调整的示例。在图6所示的示例中，假设s＝2。在本例中，基站首先将ue选择的候选波束b212按逆时针和顺时针方向分别旋转一个旋转精度2次，得到四个波束b212-2、b212-1和b212+1、b212+2。在这种情况下，基站将发送下面五个波束b212-2、b212-1、b212、b212+1和b212+2的brs到ue。ue在进行波束检测后，选择并反馈了b212+1。在这种情况下，基站即可确定波束b212+1能更为精确地对准ue。

作为上述步骤510的替代方案，在执行完步骤509之后基站还可以进一步执行如图7所示的如下过程：

步骤510a，确定本次确定的波束是否是旋转得到的最边缘的波束，若是，则执行步骤510b；若不是，则执行步骤510c。

步骤510b：基站将所确定的波束作为ue最终选择的波束。

步骤510c：基站继续以该ue所选择的波束为中心，将该波束沿顺时针和逆时针方向继续旋转预先设定的旋转精度s次，共得到2s个波束，其中，每两个相邻波束之间的角度相差一个旋转精度。其中，s为自然数。

步骤510d：基站将得到的2s个波束和ue所选择的波束一起发给ue，然后返回步骤508。

上述步骤506-509，510a-510d实现了对所选择波束的相位的精细调整，从而使得所选择的波束能够更精确地对准ue，有效避免相位噪声对波束选择准确度以及通信质量的影响。

图8a和8b显示了上述对所选择波束进行相位精细调整的示例。在图8a和8b所示的示例中，假设s＝1。在本例中，基站首先将ue选择的候选波束b121按逆时针和顺时针方向分别旋转一个旋转精度，得到2个波束b121-1和b121+1。在这种情况下，如图8a所示，基站将发送下面3个波束b121-1、b121和b121+1到ue。ue在进行波束检测后，选择并反馈了b121+1。在这种情况下，基站将继续以波束b121+1为中心逆时针和顺时针分别旋转一个旋转精度，得到2个波束b121和b121+2。在这种情况下，如图8b所示，基站将发送下面3个波束b121、b121+1和b121+2到ue。此时，经过波束检测后，如果ue选择波束b121+1，则波束b121+1为ue最终选择的波束。如果ue选择波束b121+2，则基站将以波束b121+2为中心继续逆时针和顺时针旋转得到新的波束，并继续发送给ue进行选择，直至ue找到最终的波束。

对应上述波束选择方法，本申请的实例还给出了一种实现上述波束选择方法的基站。图9显示了本申请实例所述的基站的内部结构。如图9所示，该基站包括：

配置模块901，用于进行波束选择配置，确定第1级至第k级各级波束以及各级波束之间的对应关系；其中，配置模块901所配置的第1级至第k级各级波束要满足前文所述的要求；

波束参考信号发送模块902，用于向ue发送波束参考信号；

反馈接收模块903，用于接收ue反馈的波束索引；

控制模块904，用于控制波束参考信号发送模块902向ue发送配置模块901所配置的第1级波束的波束参考信号；在反馈接收模块903接收到ue反馈的波束索引后，确定ue所反馈波束索引对应的波束，并判断该波束是否为第k级的波束，如果是，则该波束为ue最终选择的波束；如果不是，则控制波束参考信号发送模块902向ue发送该波束对应的下一级波束的波束参考信号。

上述基站还可以进一步包括：相位调整模块905，用于对ue选择的波束进行相位调整，并控制波束参考信号发送模块902经过相位调整后波束的波束参考信号；并在反馈接收模块903接收到ue反馈的波束索引后，确定ue所反馈波束索引对应的波束，作为ue最终选择的波束。

上述相位调整模块905可以采用上述步骤506-510的方法或步骤506-509，510a-510d的方法进行相位调整。

如上所述，上述实现波束选择的基站通过分级波束选择的方法可以大大降低波束选择过程的信令开销，而且由于所配置的上级波束的宽度要大于下级波束的宽度，因此，本方案还可以有效对抗相位噪声对波束选择准确度以及通信质量的影响，也即提高波束选择的准确度，进而提高系统的通信质量。

以上所述仅为本申请的实例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。