用于毫米波通信系统的波束对齐测试方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用在毫米波通信系统中，基于椭球面反射实现的波束对齐测试方法，同时也公开了相应的波束对齐测试系统。本发明专利技术中专门设计了前导序列/同步信号块和多波束测试信号的时‑频域结构。利用该时‑频域结构，能够确定各发射波束‑接收波束中是否存在测试信号并确定接收信号的强度。然后，被测终端/用户设备根据接收信号强度最强的原则，找到基站与用户设备之间的最优发送波束‑接收波束配对，能够高效地测量毫米波通信系统中的发射波束‑接收波束实现对齐的搜索时延和随机接入时延。

Beam alignment test method and system for millimeter wave communication system

【技术实现步骤摘要】
用于毫米波通信系统的波束对齐测试方法及其系统
本专利技术涉及一种发射波束-接收波束的对齐测试方法，尤其涉及一种用在毫米波通信系统中，基于椭球面反射实现的波束对齐测试方法，同时也涉及相应的波束对齐测试系统，属于毫米波通信

技术介绍
目前，第五代移动通信网络(5G)已经开始进入商用化的前夜，各类5G新业务，例如自动驾驶、虚拟现实等正在积极推进之中。在频段分配上，5G分成两个部分：一个是sub-6GHz频段，一个是毫米波频段。由于sub-6Ghz频段已经十分拥挤，各类电子设备的互干扰严重，而毫米波频段相对比较“干净”；加上毫米波频段能够提供更大的信号带宽，并且可能为自动驾驶业务提供厘米级的定位精度，因此被普遍认为是5G中最有潜力的技术方向。图1为毫米波(mm-Wave)通信系统的典型结构示意图。其中，假设发射端(transmitter)的天线数为MTX，接收端(receiver)的天线数为MRX。此外，假设发射端TX的发射波束形成码本中有GTX个波束接收端RX的接收合并码本中有GRX个波束MTX×GTX维矩阵收集了所有的发射波束，MRX×GRX维矩阵收集了所有的接收波束。在毫米波通信系统中，需要借助大规模MIMO(多输入多输出)技术中的窄波束和波束形成(Beamforming)来克服大的信号衰减，这就需要发射机与接收机之间的波束对齐。在高用户密度和高移动性的移动通信网络中，会发生频繁的阻挡和波束对齐的丢失，因此需要频繁的发射波束-接收波束的对齐操作。目前，针对毫米波通信系统中的波束对齐需求，现有技术中已经提出了若干方案。其中，最普遍使用的是穷举搜索方案，即基站(BS)和用户设备(UE)依次搜索所有可能的发射波束-接收波束模式的组合。另外，有人提出了一种迭代搜索方案，其中基站(BS)首先使用较宽的波束在较宽的区域中搜索，然后使用较窄的波束在最佳区域中进行精细搜索。还有人提出一种称之为二区域搜索的吞吐量最化搜索方案，该方案使用具有前一个最优区域的一半宽度的波束，在前一个最优区域中进行细化搜索。另一方面，OTA(OvertheAir)测试是评估无线通信设备的整机射频性能的基本测试手段。随着第五代移动通信网络(5G)的实施日益临近，更加复杂的无线通信设备对测试的要求越来越高。新的测试理论与测试设备的开发迫在眉睫。然而，对于毫米波通信系统中大规模MIMOUEOTA的波束对齐性能测试，仍然存在很多需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的首要技术问题在于提供一种用在毫米波通信系统中，基于椭球面反射实现的波束对齐测试方法。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供一种用于实施上述测试方法的波束对齐测试系统。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述的技术方案：根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种用于毫米波通信系统的波束对齐测试方法，包括如下步骤：步骤1：生成测试信号；步骤2：生成测试信号的多径波束信号；步骤3：生成波束扫描信号；步骤4：发射端发送波束扫描信号与测试信号；步骤5：寻找最优发送波束-接收波束配对，测量相应的时延。其中较优地，步骤5中进一步包括如下子步骤：步骤51：在接收波束中接收所述波束扫描信号，并完成同步；步骤52：检测各发射波束-接收波束中是否存在测试信号，并确定各发射波束-接收波束中的接收信号强度；步骤53：根据接收信号最强原则，确定最优发射波束-接收波束配对，并在该最优发射波束-接收波束中进行随机接入；步骤54：确定最优发射波束-接收波束配对的搜索时延和随机接入时延。其中较优地，所述步骤54中，被测终端开始波束搜索的起始时刻记为t1，确定最优发送波束-接收波束配对的时刻记为t2；当获得最优发射波束-接收波束配对之后，被测终端与基站之间建立随机接入，并将建立无线资源控制连接的时刻记为t3；最优发射波束-接收波束配对的搜索时延为Δt1＝t2-t1，随机接入时延为Δt2＝t3-t1。其中较优地，所述步骤4中，将测试信号置于同步信号块所属时隙的空白符号中。或者，将测试信号置于同步信号块所属时隙的空白资源块中。其中较优地，所述步骤1中，由基站模拟器产生测试信号，其中测试信号为Zadoff-Chu序列b0∈CN。其中较优地，所述步骤2中，由信道模拟器生成测试信号的多径波束信号。其中较优地，根据发射机与接收机之间的多径波束数产生相应的发射波束，接收机通过相应的接收波束接收来自发射机的信号。其中较优地，所述步骤3中，利用基站模拟器生成各发射波束中的波束扫描信号或前导序列/同步信号块。根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种用于毫米波通信系统的波束对齐测试系统，包括毫米波阵列天线、信道模拟器、基站模拟器和被测终端；所述毫米波阵列天线位于椭球长轴的一个焦点上，并连接所述信道模拟器，被测终端位于椭球长轴的另一个焦点上；所述信道模拟器连接所述基站模拟器；所述信道模拟器按照毫米波信道产生由多个波束组成的信道矩阵，然后由所述毫米波阵列天线将信号发射出去，经过多个波束方向到达所述被测终端。与现有技术相比较，本专利技术利用椭球反射体的反射特性，给出了发射波束-接收波束实现对齐和随机接入的时延测试方案。而且，本专利技术中专门设计了前导序列/同步信号块和多波束测试信号的时-频域结构。利用该时-频域结构，能够确定各发射波束-接收波束中是否存在测试信号并确定接收信号的强度。然后，被测终端/用户设备根据接收信号强度最强的原则，找到基站与用户设备之间的最优发送波束-接收波束配对，能够高效地测量毫米波通信系统中的发射波束-接收波束实现对齐的搜索时延和随机接入时延。附图说明图1为毫米波通信系统的典型结构示意图；图2(a)显示了同步信号块的频域结构，图2(b)显示了同步信号突发集到时隙的映射图3为同步(SYNC)和随机接入(RACH)过程中资源/时隙的结构示意图；图4为发射波束-接收波束实现对齐的穷举搜索方案1的时序图；图5为发射波束-接收波束实现对齐的穷举搜索方案2的时序图；图6为发射波束-接收波束实现对齐的迭代搜索方案的时序图；图7为椭球反射体所具有的反射特性示意图；图8为用于毫米波通信系统的波束对齐测试系统的实施例示意图；图9为波束扫描信号和测试信号的时-频域结构示意图，其中图9(a)中将测试信号置于同步信号块所属时隙的空白符号中，图9(b)将测试信号置于空白资源块(RBs)中。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的
技术实现思路
做进一步的详细说明。目前，3GPP组织发布了5GNR(NewRadio)的系列技术标准。其中，接入网要求支持FDD(频分双工)和TDD(时分双工)，使用不同的参数集(numerologies)来支持5G的不同使用场景。子载波间隔为15×2nkHz，n∈{1,2,3,4}。例如在5G标准的Release15版本中，对于最大带宽400MHz，最多可以有3300个子载波。5G的帧结构采用类似于LTE的时频网格点，长度为10ms，其中可以有10个1ms的子帧。在1个子帧中有多个时隙，其数量取决于所使用的参数集。在5GNR的技术标准中，包含一系列与波束管理相关的控制过程。这些控制过程可以归类为如下4种不同的类型：(1)波束扫描：根据预定义的区间和方向，让发射波束-接收波束覆盖某个空间区域。(2)波束测量：gNB(5G基站)或用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于毫米波通信系统的波束对齐测试方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：生成测试信号；步骤2：生成测试信号的多径波束信号；步骤3：生成波束扫描信号；步骤4：发射端发送波束扫描信号与测试信号；步骤5：寻找最优发送波束‑接收波束配对，测量相应的时延。

【技术特征摘要】
1.一种用于毫米波通信系统的波束对齐测试方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：生成测试信号；步骤2：生成测试信号的多径波束信号；步骤3：生成波束扫描信号；步骤4：发射端发送波束扫描信号与测试信号；步骤5：寻找最优发送波束-接收波束配对，测量相应的时延。2.如权利要求1所述的波束对齐测试方法，其特征在于所述步骤5中进一步包括如下子步骤：步骤51：在接收波束中接收所述波束扫描信号，并完成同步；步骤52：检测各发射波束-接收波束中是否存在测试信号，并确定各发射波束-接收波束中的接收信号强度；步骤53：根据接收信号最强原则，确定最优发射波束-接收波束配对，并在该最优发射波束-接收波束中进行随机接入；步骤54：确定最优发射波束-接收波束配对的搜索时延和随机接入时延。3.如权利要求2所述的波束对齐测试方法，其特征在于所述步骤54中，被测终端开始波束搜索的起始时刻记为t1，确定最优发送波束-接收波束配对的时刻记为t2；当获得最优发射波束-接收波束配对之后，被测终端与基站之间建立随机接入，并将建立无线资源控制连接的时刻记为t3；最优发射波束-接收波束配对的搜索时延为Δt1＝t2-t1，随机接入时延为Δt2＝t3-t1。4.如权利要求1所述的波束对齐测试方法，其特征在于：所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：易辉跃，许晖，张武雄，
申请(专利权)人：上海无线通信研究中心，中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31