收功率 或信噪比，比较出所有接收功率或者信噪比中的最大值，选择接收功率或者信噪比中的最 大值所对应的波束对为最优波束对，并将其所施加的加权矢量写入最优波束对加权矢量表 中。如图1所示，在WPAN网络建立初期，DEV1被选择为该WPAN网络中的微微网协调控制 器（PiconetCoordinator，PNC)。PNC在统计好该网络中所包含的设备数目和确保各个设 备间直传路径没有阻挡的情况下发出波束训练指示，DEV1依次与DEV2、DEV3、…DEVN进 行波束训练，每两个DEV间的具体训练过程如下：所述步骤S1中，每两个设备间波束训练 时，预先为每个设备建立记录阵列天线波束不同指向时的波束码本w(m,k)，码本w(m,k)表 示形成编号为k的波束时第m根天线的加权矢量，切换阵列天线波束指向是通过依次从所 述波束码本中读取每列向量的方式获得。假设发送设备和接收设备各自包含的收发波束分 别为Nt、Nr个。对发送设备的阵列天线施加波束码本中第1组加权矢量使其波束指向方向 1发送训练序列，接收DEV依次在其波束1，2，…，Nr方向接收；而后发送DEV依次在波束 2,3，…，Nt方向发送训练序列，每次接收端在波束1，2，…，Nr方向重复接收过程；最后根 据不同波束对对应的接收功率或最优信噪比找出两个设备通信时的最优波束对（P，q)，同 时从波束码本中找到对应此波束对的加权向量。
[0036] 按照此过程重复，找到WPAN网络中所有设备互相通信时的各自最优波束对，将各 个设备相互连接最优波束对对应的天线加权向量进行记录，如表1所示：
【主权项】
1. 一种基于切换波束成形的毫米波协作通信方法，其特征在于，包括w下步骤： (1) 、建立一个网络内设备互联波束训练期，依次对网络内所有设备进行波束训练，得 出各设备两两相互通信时最优波束对，将各设备两两相互通信的最优波束对对应的各天线 加权矢量记录形成加权矢量表，同时利用选择好的设备两两相互通信时的最优波束对测量 每组互联设备组接收端的信噪比，建立互联设备接收端信噪比SNR记录表，所述信噪比SNR 记录表中记录有分别W各设备作为接收端，其他设备作为发射端时的信噪比； (2) 、发送设备S与接收设备D双方相互通信时，当二者间无阻挡时从所述加权矢量表 中查找出两者通信时的最优波束对加权矢量，并W该最优波束对加权矢量调整阵列天线方 向，建立发送设备S与接收设备D之间的直传链路进行通信； (3) 、定时检测当前直传链路是否发生阻挡，当发生阻挡时，启动链路切换步骤，查找出 网络内当前时隙没有分配发送或者接收任务的所有空闲设备而，1^-咕，从信噪比5^记录 表中分别读出W各空闲设备作为协作的第一跳链路的信噪比SNRs_m和第二跳链路的信噪 比SNRm_d，其中，所述第一跳链路为发送设备S与协作设备Ri(i = 1，2…n)之间的通信链 路，所述第二跳链路为协作设备而与接收设备D之间的通信链路，比较出第一跳链路的信 噪比8卿_1"和第二跳链路的信噪比SNRm_d中的较小值min(SNRs_M，SNRm_d)作为协作设备 而协作时整个两跳协作链路的的协作信噪比SNRs_m_d，比较出各个SNRs_M_D(i = 1，2…n)中 的最大值，并W该最大协作信噪比所对应的协作设备作为最佳协作设备； (4) 、从所述加权矢量表中分别查找出发送设备S与最佳协作设备之间的最优波束对 加权矢量W及最佳协作设备与接收设备D之间的最优波束对加权矢量，分别调整相应收发 设备与协作设备的波束指向进行通信。
2. 根据权利要求1所述的基于切换波束成形的毫米波协作通信方法，其特征在于，所 述步骤（4)之后，还包括定时检测发送设备S与接收设备D之间的直传链路阻挡是否恢复 的步骤，若已恢复，则重新调整发送设备S与接收设备D的阵列天线方向，将传输链路切换 至建立发送设备S与接收设备D之间的传输链路进行通信。
3. 根据权利要求1或2所述的基于切换波束成形的毫米波协作通信方法，其特征在于， 所述步骤（4)中，还包括定时检测当前协作传输链路是否发生阻挡的步骤，发送设备S发送 探测信号，测试SNRs_M_D(i = 1，2…n)中SNR最大值所对应的协作设备进行协作通信时的 链路信噪比，如若大于预先设定的阔值SNRTh，则可W选定该协作设备为最佳协作设备，否则 选取SNRs_M_D(i = 1，2…n)中的SNR第二大值所对应的协作设备，测试W该协作设备协作 通信的链路信噪比是否大于SNRTh，判断是否将其作为最佳协作设备，依次类推，直到找到信 噪比大于SNRih的链路，作为最优协作链路。
4. 根据权利要求1所述的基于切换波束成形的毫米波协作通信方法，其特征在于，所 述步骤（1)中，对网络内所有设备进行波束训练的方法为： 网络中共具有N个设备，各个设备均配备M阵元的天线阵列，用W实现波束指向可控的 切换波束，每两个设备间波束训练时，各个设备的阵列天线中每根天线都施加一定的加权 矢量，使波束主瓣指向加权矢量对应的期望方向，记录当前波束对对应的接收功率或信噪 比并记录，依次切换波束码本中对应的各个阵列天线波束指向，重复记录各个波束指向对 应的接收功率或信噪比，比较出所有接收功率或者信噪比中的最大值，选择接收功率或者 信噪比中的最大值所对应的波束对为最优波束对，并将其所施加的加权矢量写入最优波束 对加权矢量表中。
5. 根据权利要求1所述的基于切换波束成形的毫米波协作通信方法，其特征在于，所 述步骤（1)中，每两个设备间波束训练时，预先为每个设备建立记录阵列天线波束不同指 向时的波束码本W (m，k)，码本W (m，k)表示形成编号为k的波束时第m根天线的加权矢量， 切换阵列天线波束指向是通过依次从所述波束码本中读取每列向量的方式获得。
6. 根据权利要求1所述的基于切换波束成形的毫米波协作通信方法，其特征在于，所 述步骤（3)中检测当前传输链路是否发生阻挡的方法为： 发射设备S与接收设备D W最优波束对加权矢量表中记录的各自最优波束进行通信， 每隔一个帖周期对当前传输链路是否发生阻挡进行检测，检测接收设备D处的信噪比或接 收到有用信号功率，当接收端信噪比小于阔值SNRIli或接收到的有用信号功率小于阔值 P化时，判定当前传输链路被阻挡。
【专利摘要】本发明公开了一种基于切换波束成形的毫米波协作通信方法，包括依次对网络内配备有阵列天线的所有收发设备进行波束训练，建立设备互联最优波束对加权矢量表；建立网络内有通信请求的发送设备S与接收设备D之间的直接传输链路进行通信；检测当前直接传输链路是否发生阻挡，当发生阻挡时，启动链路切换步骤；查找出发送设备S与最佳协作设备R之间的最优波束对加权矢量，分别调整相应的阵列天线进行通信。本发明的通信方法，在直接传输链路遇到阻挡时，通过采用从预先建立的设备互联最优波束对加权矢量表中读取加权矢量来调节波束指向，实现将S-D间的传输链路替换为S-R-D的两跳传输链路传输，能够快速稳定的传输链路切换，确保了数据传输的连续性。
【IPC分类】H04W36-18, H04W28-18
【公开号】CN104618964
【申请号】CN201510020380
【发明人】施威, 王景景, 张 浩, 刘云, 牛秋娜, 董新利
【申请人】青岛科技大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月15日