本發(fā)明涉及通信技術領域，尤其涉及的是一種波束追蹤的方法和裝置。

背景技術：

隨著移動通信技術的急速發(fā)展，當今人們信息交流的便捷程度較過去有了翻天覆地的變化，尤其是最近幾年智能終端的普及，消費者被帶入了一個無線移動互聯(lián)的時代，對于移動通信容量的需求也正呈現(xiàn)指數(shù)倍飛速增長。但是，目前移動通信(2g、3g以及4g)都使用的是小于6ghz的低頻段的頻譜資源。日益擁塞的頻譜資源已經(jīng)制約了移動通信的發(fā)展，無法滿足未來移動通信的需求。

為了解決人們通信需求和頻譜資源受限的矛盾，工業(yè)界和學術界在未來5g移動通訊使用大于6ghz高頻段通信達成廣泛共識。其中潛在的載波頻譜，比如23ghz、28ghz、45ghz和60ghz等。更高的通信頻點帶來了非常豐富的頻譜資源，部分頻段甚至可以提供超過500mhz的連續(xù)頻譜，可以極大擴充無線網(wǎng)絡容量。

高頻段帶來了更為豐富的頻譜資源，但是高頻段信道具有自由空間傳播路徑損失較大、空氣吸收(特別是氧氣吸收)更大、雨衰影響較重等缺點，這都影響了高頻段通信系統(tǒng)的覆蓋范圍、通信魯棒性以及部署場景。為了解決上述問題，高頻段通信系統(tǒng)通過利用高頻段波長較短和易于天線集成等特點，使用多天線陣列和波束賦形方案來獲取高天線增益和對抗信號傳輸損耗以確保鏈路余量。

與現(xiàn)有非定向通信相比，由波束賦形技術引入的定向通信導致了高頻段系統(tǒng)對于設備角度旋轉(zhuǎn)和位置移動非常敏感。在大數(shù)據(jù)量持續(xù)傳輸?shù)倪^程中，若接收信號能量的累積衰減超過預設門限時，收發(fā)機需要執(zhí)行波束追蹤，確保所選波束的半功率衰減波瓣覆蓋最優(yōu)發(fā)送和接收方向，即維護波束對準。

具體而言，在波束追蹤過程中，高頻段收發(fā)機需要掃描測量當前傳輸波束下所臨近波束組合的信道質(zhì)量(包括信道響應、接收信號功率等)，將所有掃描波束組合的信道信息或者當下最優(yōu)波束組合的序號信息反饋給發(fā)送端，以確保高頻段收發(fā)機隨后用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄊM合有效覆蓋最優(yōu)物理傳播路徑，維護定向通信鏈路。

當終端用戶快速移動(特別是手持終端旋轉(zhuǎn))時，系統(tǒng)需要頻繁執(zhí)行波束追蹤，確保定向通信鏈路的魯棒性。在當前高頻段無線通信系統(tǒng)中，波束追蹤算法要在當前傳輸路徑的相鄰收發(fā)波束組合進行掃描。當接入節(jié)點(ap)或者基站(enb)服務多個終端用戶時，各終端用戶待掃描追蹤的相鄰波束組合并不相同，因此，波束追蹤過程需要基站面向各個用戶逐一進行，波束追蹤的花銷會隨著用戶數(shù)的增加而增大，進而影響了頻譜利用率，降低了系統(tǒng)吞吐率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種波束追蹤的方法和裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)多用戶波束組合的同步追蹤，使得訓練花銷與用戶數(shù)相互獨立，大幅度降低追蹤花銷。

本發(fā)明提供了一種波束追蹤的方法，應用于導頻接收端，該方法包括：

連續(xù)n次接收導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻并進行信道估計；

基于n次信道估計的結(jié)果，執(zhí)行最優(yōu)波束組合追蹤檢測，獲得最優(yōu)波束組合，包括：根據(jù)n次信道估計獲得的信道響應矩陣從時域分辨接收最佳的關鍵路徑，根據(jù)分辨出的關鍵路徑從備選最優(yōu)發(fā)送波束集合和備選最優(yōu)接收波束集合中檢測最優(yōu)波束組合；

向?qū)ьl發(fā)送端反饋所述最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束信息；

其中，所述備選最優(yōu)發(fā)送波束集合是本導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的相鄰波束構成的集合；所述備選最優(yōu)接收波束集合是本導頻接收端對應的當前接收波束的相鄰波束構成的集合；

其中，所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv的信息是所述導頻接收端已知的。

可選地，所述探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv通過以下方式中的任意一種生成：

a)由隨機函數(shù)或者偽隨機函數(shù)生成所述探測發(fā)送波束的awv的各個權重元素；

b)構造發(fā)送波束awv生成集合，所述發(fā)送波束awv生成集合中包括每一個導頻接收端的當前發(fā)送波束的相鄰波束的awv；將所述發(fā)送波束awv生成集合中的所有awv進行加權疊加后得到探測發(fā)送波束的awv，所述加權疊加使用的加權系數(shù)由隨機函數(shù)或偽隨機函數(shù)生成。

可選地，每一次接收所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻使用的探測接收波束的天線權重矢量awv通過以下方式中的任意一種生成：

a)由隨機函數(shù)或者偽隨機函數(shù)生成所述探測接收波束的awv的各個權重元素；

b)構造接收波束awv生成集合，所述接收波束awv生成集合中包括本導頻接收端的當前接收波束的相鄰波束的awv；將所述接收波束awv生成集合中的所有awv進行加權疊加后得到探測接收波束的awv，所述加權疊加使用的加權系數(shù)由隨機函數(shù)或偽隨機函數(shù)生成。

可選地，根據(jù)n次信道估計獲得的信道響應矩陣從時域分辨接收最佳的關鍵路徑，包括：

從n次信道估計獲得的信道響應矩陣的行向量中，選擇具有最大能量的行向量，所述最大能量的行向量對應于關鍵路徑，將相對時延ω最為所述關鍵路徑的標識；

其中，函數(shù)表示以序號為變量來尋找具有最大值的并輸出其對應的序號是列向量的2范數(shù)，代表的信號能量；表示相對時延為時的n次信道響應估計的列向量，所述列向量是信道響應矩陣的第行的轉(zhuǎn)置。

可選地，根據(jù)分辨出的關鍵路徑從備選最優(yōu)發(fā)送波束集合和備選最優(yōu)接收波束集合中檢測最優(yōu)波束組合，包括：

根據(jù)最大似然準則，獲取最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束所述表示如下：

在獲得最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束后，根據(jù)最大似然準則，獲取最優(yōu)波束組合的接收波束所述表示如下：

其中，函數(shù)表示以序號l∈δl為變量尋找具有最小值的表示2范數(shù)的平方，θχ表示探測矩陣θ的第χ列向量；δl是備選最優(yōu)發(fā)送波束集合；

函數(shù)表示以序號l∈δl為變量尋找具有最大值的|·|表示絕對值；

函數(shù)表示以序號k∈δk為變量尋找具有最小值的δk是備選最優(yōu)接收波束集合；

函數(shù)表示以序號k∈δk為變量尋找具有最大值的

探測矩陣是已知的，θ的第i行為列向量矢量矢量vec()函數(shù)表示矩陣的列向量化；

ur，i表示第i個探測接收波束awv，ut，i表示第i個探測發(fā)送波束awv；接收傳輸波束碼本wr是一個nr×kr的矩陣，即其中nr表示接收端天線單元數(shù)，kr表示接收碼本矩陣指定的定向波束數(shù)；發(fā)送傳輸波束碼本wt是一個nt×kt的矩陣，即其中nt表示發(fā)送端天線單元數(shù)，kt表示發(fā)送碼本矩陣指定的定向波束數(shù)，通過協(xié)議規(guī)定或者預先告知，數(shù)據(jù)接收端已知所述wt；矩陣wr和矩陣wt的每一列都表示一個產(chǎn)生定向波束的預設awv。

可選地，在連續(xù)n次接收導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻并進行信道估計前，還包括：

接收到導頻發(fā)送端發(fā)送的請求響應波束追蹤的請求消息，向所述導頻發(fā)送端反饋確認響應；

其中，在接收到的導頻發(fā)送端發(fā)送的請求響應波束追蹤的請求消息中還可以攜帶每一個導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的信息以及當前發(fā)送波束的相鄰發(fā)送波束的信息。

可選地，在連續(xù)n次接收導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻并進行信道估計前，還包括：

向?qū)ьl發(fā)送端發(fā)送請求響應波束追蹤的請求消息；

接收所述導頻發(fā)送端反饋的確認響應消息；

其中，在接收到的所述導頻發(fā)送端反饋的確認響應消息中還可以攜帶每一個導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的信息以及當前發(fā)送波束的相鄰發(fā)送波束的信息。

可選地，所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv均不同；

所述導頻接收端每一次接收所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻使用的探測接收波束的天線權重矢量awv均不同。

可選地，所述導頻接收端通過協(xié)議規(guī)定或接收消息獲知所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv的信息。

本發(fā)明提供了一種波束追蹤的方法，應用于導頻發(fā)送端，該方法包括：

向一個或多個導頻接收端連續(xù)n次廣播發(fā)送追蹤導頻；

接收所述一個或多個導頻接收端反饋的最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束信息；

其中，所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv的信息是所述導頻接收端已知的。

可選地，所述探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv通過以下方式中的任意一種生成：

a)由隨機函數(shù)或者偽隨機函數(shù)生成所述探測發(fā)送波束的awv的各個權重元素；

b)構造發(fā)送波束awv生成集合，所述發(fā)送波束awv生成集合中包括每一個導頻接收端的當前發(fā)送波束的相鄰波束的awv；將所述發(fā)送波束awv生成集合中的所有awv進行加權疊加后得到探測發(fā)送波束的awv，所述加權疊加使用的加權系數(shù)由隨機函數(shù)或偽隨機函數(shù)生成。

可選地，在向一個或多個導頻接收端連續(xù)n次廣播發(fā)送追蹤導頻前，還包括：

向一個或多個導頻接收端發(fā)送請求響應波束追蹤的請求消息；

其中，在請求一個或多個導頻接收端響應波束追蹤時，還可以攜帶每一個導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的信息以及當前發(fā)送波束的相鄰發(fā)送波束的信息。

可選地，在向一個或多個導頻接收端連續(xù)n次廣播發(fā)送追蹤導頻前，還包括：

接收到一個或多個導頻接收端發(fā)送的請求響應波束追蹤的請求消息后，向所述導頻接收端反饋確認響應；

其中，在向所述導頻接收端反饋確認響應時，還可以攜帶每一個導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的信息以及當前發(fā)送波束的相鄰發(fā)送波束的信息。

可選地，所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv均不同；

所述導頻接收端每一次接收所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻使用的探測接收波束的天線權重矢量awv均不同。

可選地，所述導頻接收端通過協(xié)議規(guī)定或接收消息獲知所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv的信息。

本發(fā)明提供了一種波束追蹤的裝置，應用于導頻接收端，包括：

導頻接收及估計模塊，用于連續(xù)n次接收導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻并進行信道估計；

波束追蹤檢測模塊，用于基于n次信道估計的結(jié)果，執(zhí)行最優(yōu)波束組合追蹤檢測，獲得最優(yōu)波束組合，包括：根據(jù)n次信道估計獲得的信道響應矩陣從時域分辨接收最佳的關鍵路徑，根據(jù)分辨出的關鍵路徑從備選最優(yōu)發(fā)送波束集合和備選最優(yōu)接收波束集合中檢測最優(yōu)波束組合；

反饋模塊，用于向?qū)ьl發(fā)送端反饋所述最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束信息；

其中，所述備選最優(yōu)發(fā)送波束集合是本導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的相鄰波束構成的集合；所述備選最優(yōu)接收波束集合是本導頻接收端對應的當前接收波束的相鄰波束構成的集合；

其中，所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv的信息是所述導頻接收端已知的。

可選地，所述探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv通過以下方式中的任意一種生成：

a)由隨機函數(shù)或者偽隨機函數(shù)生成所述探測發(fā)送波束的awv的各個權重元素；

b)構造發(fā)送波束awv生成集合，所述發(fā)送波束awv生成集合中包括每一個導頻接收端的當前發(fā)送波束的相鄰波束的awv；將所述發(fā)送波束awv生成集合中的所有awv進行加權疊加后得到探測發(fā)送波束的awv，所述加權疊加使用的加權系數(shù)由隨機函數(shù)或偽隨機函數(shù)生成。

可選地，每一次接收所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻使用的探測接收波束的天線權重矢量awv通過以下方式中的任意一種生成：

a)由隨機函數(shù)或者偽隨機函數(shù)生成所述探測接收波束的awv的各個權重元素；

b)構造接收波束awv生成集合，所述接收波束awv生成集合中包括本導頻接收端的當前接收波束的相鄰波束的awv；將所述接收波束awv生成集合中的所有awv進行加權疊加后得到探測接收波束的awv，所述加權疊加使用的加權系數(shù)由隨機函數(shù)或偽隨機函數(shù)生成。

可選地，波束追蹤檢測模塊，用于根據(jù)n次信道估計獲得的信道響應矩陣從時域分辨接收最佳的關鍵路徑，包括：

從n次信道估計獲得的信道響應矩陣的行向量中，選擇具有最大能量的行向量，所述最大能量的行向量對應于關鍵路徑，將相對時延ω最為所述關鍵路徑的標識；

其中，函數(shù)表示以序號為變量來尋找具有最大值的并輸出其對應的序號是列向量的2范數(shù)，代表的信號能量；表示相對時延為時的n次信道響應估計的列向量，所述列向量是信道響應矩陣的第行的轉(zhuǎn)置。

可選地，波束追蹤檢測模塊，用于根據(jù)分辨出的關鍵路徑從備選最優(yōu)發(fā)送波束集合和備選最優(yōu)接收波束集合中檢測最優(yōu)波束組合，包括：

根據(jù)最大似然準則，獲取最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束所述表示如下：

在獲得最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束后，根據(jù)最大似然準則，獲取最優(yōu)波束組合的接收波束所述表示如下：

其中，函數(shù)表示以序號l∈δl為變量尋找具有最小值的表示2范數(shù)的平方，θχ表示探測矩陣θ的第χ列向量；δl是備選最優(yōu)發(fā)送波束集合；

函數(shù)表示以序號l∈δl為變量尋找具有最大值的|·|表示絕對值；

函數(shù)表示以序號k∈δk為變量尋找具有最小值的δk是備選最優(yōu)接收波束集合；

函數(shù)表示以序號k∈δk為變量尋找具有最大值的

探測矩陣是已知的，θ的第i行為列向量矢量矢量vec()函數(shù)表示矩陣的列向量化；

ur，i表示第i個探測接收波束awv，ut，i表示第i個探測發(fā)送波束awv；接收傳輸波束碼本wr是一個nr×kr的矩陣，即其中nr表示接收端天線單元數(shù)，kr表示接收碼本矩陣指定的定向波束數(shù)；發(fā)送傳輸波束碼本wt是一個nt×kt的矩陣，即其中nt表示發(fā)送端天線單元數(shù)，kt表示發(fā)送碼本矩陣指定的定向波束數(shù)，通過協(xié)議規(guī)定或者預先告知，數(shù)據(jù)接收端已知所述wt；矩陣wr和矩陣wt的每一列都表示一個產(chǎn)生定向波束的預設awv。

可選地，導頻接收及估計模塊，還用于在連續(xù)n次接收導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻并進行信道估計前，如果接收到導頻發(fā)送端發(fā)送的請求響應波束追蹤的請求消息，則向所述導頻發(fā)送端反饋確認響應；

其中，在接收到的導頻發(fā)送端發(fā)送的請求響應波束追蹤的請求消息中還可以攜帶每一個導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的信息以及當前發(fā)送波束的相鄰發(fā)送波束的信息。

可選地，導頻接收及估計模塊，還用于在連續(xù)n次接收導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻并進行信道估計前，向?qū)ьl發(fā)送端發(fā)送請求響應波束追蹤的請求消息，并接收所述導頻發(fā)送端反饋的確認響應消息；

其中，在接收到的所述導頻發(fā)送端反饋的確認響應消息中還可以攜帶每一個導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的信息以及當前發(fā)送波束的相鄰發(fā)送波束的信息。

可選地，所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv均不同；

所述導頻接收端每一次接收所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻使用的探測接收波束的天線權重矢量awv均不同。

可選地，所述導頻接收端通過協(xié)議規(guī)定或接收消息獲知所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv的信息。

本發(fā)明提供了一種波束追蹤的裝置，應用于導頻發(fā)送端，包括：

導頻發(fā)送模塊，用于向一個或多個導頻接收端連續(xù)n次廣播發(fā)送追蹤導頻；

波束信息接收模塊，用于接收所述一個或多個導頻接收端反饋的最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束信息；

其中，所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv的信息是所述導頻接收端已知的。

可選地，所述探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv通過以下方式中的任意一種生成：

a)由隨機函數(shù)或者偽隨機函數(shù)生成所述探測發(fā)送波束的awv的各個權重元素；

b)構造發(fā)送波束awv生成集合，所述發(fā)送波束awv生成集合中包括每一個導頻接收端的當前發(fā)送波束的相鄰波束的awv；將所述發(fā)送波束awv生成集合中的所有awv進行加權疊加后得到探測發(fā)送波束的awv，所述加權疊加使用的加權系數(shù)由隨機函數(shù)或偽隨機函數(shù)生成。

可選地，導頻發(fā)送模塊，還用于在向一個或多個導頻接收端連續(xù)n次廣播發(fā)送追蹤導頻前，向一個或多個導頻接收端發(fā)送請求響應波束追蹤的請求消息；

其中，在請求一個或多個導頻接收端響應波束追蹤時，還可以攜帶每一個導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的信息以及當前發(fā)送波束的相鄰發(fā)送波束的信息。

可選地，導頻發(fā)送模塊，還用于在向一個或多個導頻接收端連續(xù)n次廣播發(fā)送追蹤導頻前，如果接收到一個或多個導頻接收端發(fā)送的請求響應波束追蹤的請求消息后，則向所述導頻接收端反饋確認響應；

其中，在向所述導頻接收端反饋確認響應時，還可以攜帶每一個導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的信息以及當前發(fā)送波束的相鄰發(fā)送波束的信息。

可選地，所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv均不同；

所述導頻接收端每一次接收所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻使用的探測接收波束的天線權重矢量awv均不同。

可選地，所述導頻接收端通過協(xié)議規(guī)定或接收消息獲知所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv的信息。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的一種波束追蹤的方法和裝置，高頻段基站和終端從信道響應中追蹤和檢測所期待的波束組合，不需要兩兩收發(fā)機對其相鄰波束組合進行掃描，并且在追蹤中間階段無需波束對準信息的反饋，從而實現(xiàn)多用戶波束組合的同步追蹤，使得訓練花銷與用戶數(shù)相互獨立，大幅度降低追蹤花銷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中收發(fā)機結(jié)構示意圖。

圖2為多用戶波束追蹤場景示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例的波束追蹤的方法流程圖(基站側(cè))。

圖4為本發(fā)明實施例的波束追蹤的方法流程圖(用戶終端側(cè))。

圖5為本發(fā)明實施例的波束追蹤的裝置示意圖(基站側(cè))。

圖6為本發(fā)明實施例的波束追蹤的裝置示意圖(用戶終端側(cè))。

圖7為本發(fā)明實施例的波束追蹤導頻收發(fā)示意圖。

圖8為本發(fā)明實施例的估計所得的信道響應矩陣示意圖。

圖9為本發(fā)明實施例的波束組合追蹤檢測算法示意圖。

圖10為多用戶波束追蹤場景下的示例一示意圖。

圖11為多用戶波束追蹤場景下的示例二示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。

圖1為本發(fā)明實施例的收發(fā)機結(jié)構示意圖。系統(tǒng)發(fā)送端和接收端配置多天線單元，每個天線單元擁有一個數(shù)字鍵控移相器，通過各個天線單元上的信號加載不同相移量，實現(xiàn)模擬端的波束賦形(beamforming)。具體而言，在發(fā)送端，單條信號流(比如單條60ghz射頻信號流)通過數(shù)字鍵控移相器加載awv(antennaweightingvector，天線權重矢量)，從多天線單元發(fā)送到高頻段物理傳播信道；在接收端，由多天線單元所接收到的射頻信號流被加權合并成單一信號流，經(jīng)過接收端射頻解調(diào)，接收機最終獲得單條接收信號流。

圖2為多用戶波束追蹤場景示意圖。假定，在0時刻下，基站-a/ue-a分別與ue-b和ue-c之間發(fā)起定向鏈路傳輸，fa,b(0)與fb,a(0)、fa,c(0)與fc,a(0)分別表示基站-a/ue-a與ue-b之間、基站-a/ue-a與ue-c之間最小路徑損耗的物理路徑方向。此時，基站-a/ue-a與ue-b、基站-a/ue-a與ue-c之間需要進行波束訓練，通過波束訓練，系統(tǒng)成功地從所有可控的數(shù)據(jù)傳輸波束組合中選擇基站-a/ue-a的波束a2和ue-b的波束b2來形成一條基站-a/ue-a與ue-b之間的定向鏈路，選擇基站-a/ue-a的波束a11和ue-c的波束c8來形成一條基站-a/ue-a與ue-c之間的定向鏈路。

但是，由于基站/用戶不可預期的旋轉(zhuǎn)或者位移，在n時刻如果基站-a/ue-a與ue-b之間的最優(yōu)收發(fā)方向旋轉(zhuǎn)到了fa,b(n)與fb,a(n)，并且超出了波束a2、b2的有效覆蓋范圍，基站-a/ue-a與ue-c之間的最優(yōu)收發(fā)方向旋轉(zhuǎn)到了fa,c(n)與fc,a(n)，并且超出了波束a11和c8的有效覆蓋范圍，并且接收信號衰減超過預設門限，則系統(tǒng)將啟動波束追蹤。

根據(jù)先驗信息，上一時刻的數(shù)據(jù)傳輸波束a2與b2以及他們的相鄰波束(即波束a1、a3、b1和b3)構成新的備選波束集合；上一時刻的數(shù)據(jù)傳輸波束a11與c8以及他們的相鄰波束(即波束a10、a12、c7和c9)構成新的備選波束集合。系統(tǒng)通過波束追蹤算法，分別選擇出基站-a/ue-a與ue-b之間的新的最優(yōu)波束組合(a3,b3)，基站-a/ue-a與ue-c之間的新的最優(yōu)波束組合(a12,c7)，用于執(zhí)行后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。

如圖3所示，本發(fā)明實施例提供了一種波束追蹤的方法，應用于導頻發(fā)送端，該方法包括：

s301，向一個或多個導頻接收端連續(xù)n次廣播發(fā)送追蹤導頻；

s302，接收所述一個或多個導頻接收端反饋的最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束信息；

其中，所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv的信息是所述導頻接收端已知的；

所述導頻接收端可以通過協(xié)議規(guī)定或接收消息獲知所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv的信息；

其中，所述探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv通過以下方式中的任意一種生成：

a)由隨機函數(shù)或者偽隨機函數(shù)生成所述探測發(fā)送波束的awv的各個權重元素；

b)構造發(fā)送波束awv生成集合，所述發(fā)送波束awv生成集合中包括每一個導頻接收端的當前發(fā)送波束的相鄰波束的awv；將所述發(fā)送波束awv生成集合中的所有awv進行加權疊加后得到探測發(fā)送波束的awv，所述加權疊加使用的加權系數(shù)由隨機函數(shù)或偽隨機函數(shù)生成；

其中，所述由隨機函數(shù)或者偽隨機函數(shù)生成的awv的權重元素序列包括：隨機復高斯序列、隨機復伯努利序列、偽隨機m序列或golay序列；

其中，所述最優(yōu)波束組合，是指在最大接收端snr(signaltonoiseratio，信噪比)準則下，所有預設的數(shù)據(jù)傳輸收發(fā)端波束組合中可以獲取最大接收端snr的收發(fā)端波束組合；或者是指，最大接收端信道容量準則下，所有預設的數(shù)據(jù)傳輸收發(fā)端波束組合中可以獲取最大接收端信道容量收發(fā)端波束組合；

其中，在向一個或多個導頻接收端連續(xù)n次廣播發(fā)送追蹤導頻前，還包括：

向一個或多個導頻接收端發(fā)送請求響應波束追蹤的請求消息；

其中，在請求一個或多個導頻接收端響應波束追蹤時，還可以攜帶每一個導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的信息以及當前發(fā)送波束的相鄰發(fā)送波束的信息；

其中，在向一個或多個導頻接收端連續(xù)n次廣播發(fā)送追蹤導頻前，還包括：

接收到一個或多個導頻接收端發(fā)送的請求響應波束追蹤的請求消息后，向所述導頻接收端反饋確認響應；

其中，在向所述導頻接收端反饋確認響應時，還可以攜帶每一個導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的信息以及當前發(fā)送波束的相鄰發(fā)送波束的信息；

其中，所述導頻發(fā)送端包括：基站、用戶終端、接入節(jié)點或個人基本服務集中心控制節(jié)點；

其中，所述導頻接收端包括：基站、用戶終端、接入節(jié)點或個人基本服務集中心控制節(jié)點；

其中，所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv均不同；

所述導頻接收端每一次接收所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻使用的探測接收波束的天線權重矢量awv均不同。

如圖4所示，本發(fā)明實施例提供了一種波束追蹤的方法，應用于導頻接收端，該方法包括：

s401，連續(xù)n次接收導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻并進行信道估計；

s402，基于n次信道估計的結(jié)果，執(zhí)行最優(yōu)波束組合追蹤檢測，獲得最優(yōu)波束組合，包括：根據(jù)n次信道估計獲得的信道響應矩陣從時域分辨接收最佳的關鍵路徑，根據(jù)分辨出的關鍵路徑從備選最優(yōu)發(fā)送波束集合和備選最優(yōu)接收波束集合中檢測最優(yōu)波束組合；

s403，向?qū)ьl發(fā)送端反饋所述最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束信息；

其中，所述備選最優(yōu)發(fā)送波束集合是本導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的相鄰波束構成的集合；所述備選最優(yōu)接收波束集合是本導頻接收端對應的當前接收波束的相鄰波束構成的集合；

其中，所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv的信息是所述導頻接收端已知的；

所述導頻接收端可以通過協(xié)議規(guī)定或接收消息獲知所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv的信息；

其中，所述探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv通過以下方式中的任意一種生成：

a)由隨機函數(shù)或者偽隨機函數(shù)生成所述探測發(fā)送波束的awv的各個權重元素；

b)構造發(fā)送波束awv生成集合，所述發(fā)送波束awv生成集合中包括每一個導頻接收端的當前發(fā)送波束的相鄰波束的awv；將所述發(fā)送波束awv生成集合中的所有awv進行加權疊加后得到探測發(fā)送波束的awv，所述加權疊加使用的加權系數(shù)由隨機函數(shù)或偽隨機函數(shù)生成；

其中，每一次接收所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻使用的探測接收波束的天線權重矢量awv通過以下方式中的任意一種生成：

a)由隨機函數(shù)或者偽隨機函數(shù)生成所述探測接收波束的awv的各個權重元素；

b)構造接收波束awv生成集合，所述接收波束awv生成集合中包括本導頻接收端的當前接收波束的相鄰波束的awv；將所述接收波束awv生成集合中的所有awv進行加權疊加后得到探測接收波束的awv，所述加權疊加使用的加權系數(shù)由隨機函數(shù)或偽隨機函數(shù)生成；

其中，所述由隨機函數(shù)或者偽隨機函數(shù)生成的awv的權重元素序列包括：隨機復高斯序列、隨機復伯努利序列、偽隨機m序列或golay序列；

其中，所述最優(yōu)波束組合，是指在最大接收端snr(signaltonoiseratio，信噪比)準則下，所有預設的數(shù)據(jù)傳輸收發(fā)端波束組合中可以獲取最大接收端snr的收發(fā)端波束組合；或者是指，最大接收端信道容量準則下，所有預設的數(shù)據(jù)傳輸收發(fā)端波束組合中可以獲取最大接收端信道容量收發(fā)端波束組合；

其中，根據(jù)n次信道估計獲得的信道響應矩陣從時域分辨接收最佳的關鍵路徑，包括：

從n次信道估計獲得的信道響應矩陣的行向量中，選擇具有最大能量的行向量，所述最大能量的行向量對應于關鍵路徑，將相對時延ω最為所述關鍵路徑的標識；

其中，該argmax函數(shù)表示以序號為變量來尋找具有最大值的并輸出其對應的序號是列向量的2范數(shù)，代表的信號能量；表示相對時延為時的n次信道響應估計的列向量，所述列向量是信道響應矩陣的第行的轉(zhuǎn)置。

其中，根據(jù)分辨出的關鍵路徑從備選最優(yōu)發(fā)送波束集合和備選最優(yōu)接收波束集合中檢測最優(yōu)波束組合，包括：

根據(jù)最大似然準則，獲取最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束所述表示如下：

其中，函數(shù)表示以序號l∈δl為變量尋找具有最小值的表示2范數(shù)的平方，θχ表示探測矩陣θ的第χ列向量；δl是備選最優(yōu)發(fā)送波束集合；

函數(shù)表示以序號l∈δl為變量尋找具有最大值的|·|表示絕對值；

探測矩陣是已知的，θ的第i行為列向量矢量矢量vec()函數(shù)表示矩陣的列向量化；

其中，ur，i表示第i個探測接收波束awv，ut，i表示第i個探測發(fā)送波束awv；接收傳輸波束碼本wr是一個nr×kr的矩陣，即其中nr表示接收端天線單元數(shù)，kr表示接收碼本矩陣指定的定向波束數(shù)；發(fā)送傳輸波束碼本wt是一個nt×kt的矩陣，即其中nt表示發(fā)送端天線單元數(shù)，kt表示發(fā)送碼本矩陣指定的定向波束數(shù)，通過協(xié)議規(guī)定或者預先告知，數(shù)據(jù)接收端已知所述wt；矩陣wr和矩陣wt的每一列都表示一個產(chǎn)生定向波束的預設awv；

在獲得最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束后，根據(jù)最大似然準則，獲取最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束所述表示如下：

其中，函數(shù)分別表示以序號k∈δk為變量尋找具有最小值的δk是備選最優(yōu)接收波束集合；

函數(shù)表示以序號k∈δk為變量尋找具有最大值的

其中，在連續(xù)n次接收導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻并進行信道估計前，還包括：

接收到導頻發(fā)送端發(fā)送的請求響應波束追蹤的請求消息，向所述導頻發(fā)送端反饋確認響應；

其中，在接收到的導頻發(fā)送端發(fā)送的請求響應波束追蹤的請求消息中還可以攜帶每一個導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的信息以及當前發(fā)送波束的相鄰發(fā)送波束的信息；

其中，在連續(xù)n次接收導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻并進行信道估計前，還包括：

向?qū)ьl發(fā)送端發(fā)送請求響應波束追蹤的請求消息；

接收所述導頻發(fā)送端反饋的確認響應消息；

其中，在接收到的所述導頻發(fā)送端反饋的確認響應消息中還可以攜帶每一個導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的信息以及當前發(fā)送波束的相鄰發(fā)送波束的信息；

所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv均不同；

所述導頻接收端每一次接收所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻使用的探測接收波束的天線權重矢量awv均不同；

其中，所述導頻發(fā)送端包括：基站、用戶終端、接入節(jié)點或個人基本服務集中心控制節(jié)點；

其中，所述導頻接收端包括：基站、用戶終端、接入節(jié)點或個人基本服務集中心控制節(jié)點；

如圖5所示，一種波束追蹤的裝置，應用于導頻接收端，包括：

導頻接收及估計模塊501，用于連續(xù)n次接收導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻并進行信道估計；

波束追蹤檢測模塊502，用于基于n次信道估計的結(jié)果，執(zhí)行最優(yōu)波束組合追蹤檢測，獲得最優(yōu)波束組合，包括：根據(jù)n次信道估計獲得的信道響應矩陣從時域分辨接收最佳的關鍵路徑，根據(jù)分辨出的關鍵路徑從備選最優(yōu)發(fā)送波束集合和備選最優(yōu)接收波束集合中檢測最優(yōu)波束組合；

反饋模塊503，用于向?qū)ьl發(fā)送端反饋所述最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束信息；

其中，所述備選最優(yōu)發(fā)送波束集合是本導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的相鄰波束構成的集合；所述備選最優(yōu)接收波束集合是本導頻接收端對應的當前接收波束的相鄰波束構成的集合；

其中，所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv的信息是所述導頻接收端已知的；

所述導頻接收端可以通過協(xié)議規(guī)定或接收消息獲知所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv的信息。

其中，所述探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv通過以下方式中的任意一種生成：

a)由隨機函數(shù)或者偽隨機函數(shù)生成所述探測發(fā)送波束的awv的各個權重元素；

b)構造發(fā)送波束awv生成集合，所述發(fā)送波束awv生成集合中包括每一個導頻接收端的當前發(fā)送波束的相鄰波束的awv；將所述發(fā)送波束awv生成集合中的所有awv進行加權疊加后得到探測發(fā)送波束的awv，所述加權疊加使用的加權系數(shù)由隨機函數(shù)或偽隨機函數(shù)生成。

其中，每一次接收所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻使用的探測接收波束的天線權重矢量awv通過以下方式中的任意一種生成：

a)由隨機函數(shù)或者偽隨機函數(shù)生成所述探測接收波束的awv的各個權重元素；

b)構造接收波束awv生成集合，所述接收波束awv生成集合中包括本導頻接收端的當前接收波束的相鄰波束的awv；將所述接收波束awv生成集合中的所有awv進行加權疊加后得到探測接收波束的awv，所述加權疊加使用的加權系數(shù)由隨機函數(shù)或偽隨機函數(shù)生成。

其中，波束追蹤檢測模塊502，用于根據(jù)n次信道估計獲得的信道響應矩陣從時域分辨接收最佳的關鍵路徑，包括：

從n次信道估計獲得的信道響應矩陣的行向量中，選擇具有最大能量的行向量，所述最大能量的行向量對應于關鍵路徑，將相對時延ω最為所述關鍵路徑的標識；

其中，函數(shù)表示以序號為變量來尋找具有最大值的并輸出其對應的序號是列向量的2范數(shù)，代表的信號能量；表示相對時延為時的n次信道響應估計的列向量，所述列向量是信道響應矩陣的第行的轉(zhuǎn)置。

其中，波束追蹤檢測模塊502，用于根據(jù)分辨出的關鍵路徑從備選最優(yōu)發(fā)送波束集合和備選最優(yōu)接收波束集合中檢測最優(yōu)波束組合，包括：

根據(jù)最大似然準則，獲取最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束所述表示如下：

在獲得最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束后，根據(jù)最大似然準則，獲取最優(yōu)波束組合的接收波束所述表示如下：

其中，函數(shù)表示以序號l∈δl為變量尋找具有最小值的表示2范數(shù)的平方，θχ表示探測矩陣θ的第χ列向量；δl是備選最優(yōu)發(fā)送波束集合；

函數(shù)表示以序號l∈δl為變量尋找具有最大值的|·|表示絕對值；

函數(shù)表示以序號k∈δk為變量尋找具有最小值的δk是備選最優(yōu)接收波束集合；

函數(shù)表示以序號k∈δk為變量尋找具有最大值的

探測矩陣是已知的，θ的第i行為列向量矢量矢量vec()函數(shù)表示矩陣的列向量化；

ur，i表示第i個探測接收波束awv，ut，i表示第i個探測發(fā)送波束awv；接收傳輸波束碼本wr是一個nr×kr的矩陣，即其中nr表示接收端天線單元數(shù)，kr表示接收碼本矩陣指定的定向波束數(shù)；發(fā)送傳輸波束碼本wt是一個nt×kt的矩陣，即其中nt表示發(fā)送端天線單元數(shù)，kt表示發(fā)送碼本矩陣指定的定向波束數(shù)，通過協(xié)議規(guī)定或者預先告知，數(shù)據(jù)接收端已知所述wt；矩陣wr和矩陣wt的每一列都表示一個產(chǎn)生定向波束的預設awv。

其中，導頻接收及估計模塊501，還用于在連續(xù)n次接收導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻并進行信道估計前，如果接收到導頻發(fā)送端發(fā)送的請求響應波束追蹤的請求消息，則向所述導頻發(fā)送端反饋確認響應；

其中，在接收到的導頻發(fā)送端發(fā)送的請求響應波束追蹤的請求消息中還可以攜帶每一個導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的信息以及當前發(fā)送波束的相鄰發(fā)送波束的信息。

其中，導頻接收及估計模塊501，還用于在連續(xù)n次接收導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻并進行信道估計前，向?qū)ьl發(fā)送端發(fā)送請求響應波束追蹤的請求消息，并接收所述導頻發(fā)送端反饋的確認響應消息；

其中，在接收到的所述導頻發(fā)送端反饋的確認響應消息中還可以攜帶每一個導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的信息以及當前發(fā)送波束的相鄰發(fā)送波束的信息。

其中，所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv均不同；

所述導頻接收端每一次接收所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻使用的探測接收波束的天線權重矢量awv均不同。

如圖6所示，本發(fā)明實施例提供了一種波束追蹤的裝置，應用于導頻發(fā)送端，包括：

導頻發(fā)送模塊601，用于向一個或多個導頻接收端連續(xù)n次廣播發(fā)送追蹤導頻；

波束信息接收模塊602，用于接收所述一個或多個導頻接收端反饋的最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束信息；

其中，所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv的信息是所述導頻接收端已知的；

所述導頻接收端可以通過協(xié)議規(guī)定或接收消息獲知所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv的信息。

其中，所述探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv通過以下方式中的任意一種生成：

a)由隨機函數(shù)或者偽隨機函數(shù)生成所述探測發(fā)送波束的awv的各個權重元素；

b)構造發(fā)送波束awv生成集合，所述發(fā)送波束awv生成集合中包括每一個導頻接收端的當前發(fā)送波束的相鄰波束的awv；將所述發(fā)送波束awv生成集合中的所有awv進行加權疊加后得到探測發(fā)送波束的awv，所述加權疊加使用的加權系數(shù)由隨機函數(shù)或偽隨機函數(shù)生成。

其中，導頻發(fā)送模塊601，還用于在向一個或多個導頻接收端連續(xù)n次廣播發(fā)送追蹤導頻前，向一個或多個導頻接收端發(fā)送請求響應波束追蹤的請求消息；

其中，在請求一個或多個導頻接收端響應波束追蹤時，還可以攜帶每一個導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的信息以及當前發(fā)送波束的相鄰發(fā)送波束的信息。

其中，導頻發(fā)送模塊601，還用于在向一個或多個導頻接收端連續(xù)n次廣播發(fā)送追蹤導頻前，如果接收到一個或多個導頻接收端發(fā)送的請求響應波束追蹤的請求消息后，則向所述導頻接收端反饋確認響應；

其中，在向所述導頻接收端反饋確認響應時，還可以攜帶每一個導頻接收端對應的當前發(fā)送波束的信息以及當前發(fā)送波束的相鄰發(fā)送波束的信息。

其中，所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送每一個追蹤導頻使用的探測發(fā)送波束的天線權重矢量awv均不同；

所述導頻接收端每一次接收所述導頻發(fā)送端廣播發(fā)送的追蹤導頻使用的探測接收波束的天線權重矢量awv均不同。

本發(fā)明實施例提供一種波束追蹤的方法，具體包括下述步驟：

步驟1：波束追蹤啟動，追蹤次數(shù)i初始化為0；

步驟2：發(fā)送端將發(fā)送波束調(diào)整為第i個探測發(fā)送波束，多個接收端將接收波束調(diào)整為各自的第i個探測接收波束；

步驟3：發(fā)送端使用第i個探測發(fā)送波束廣播發(fā)送波束追蹤導頻，多個接收端使用各自的第i個探測接收波束接收所述波束追蹤導頻，并執(zhí)行信道估計；

步驟4：累加追蹤次數(shù)i＝i+1；

步驟5：如果累加追蹤次數(shù)i小于閾值ξ，則返回步驟2；如果累加追蹤次數(shù)i等于閾值ξ，則結(jié)束。

其中，所述的波束追蹤，是指波束訓練實現(xiàn)傳輸波束對準之后，在數(shù)據(jù)傳輸階段，收發(fā)端基于能量衰減等準則判定當前波束組合可能已不再是最優(yōu)組合，而對當前最優(yōu)波束組合追蹤的操作行為；

其中，探測發(fā)送波束，是指波束追蹤階段，通過配置特定探測發(fā)送awv生成用于實現(xiàn)波束對準的探測波束(不要求具有定向性)；此外，在波束追蹤階段，每個特定探測發(fā)送波束均不相同；

所述探測發(fā)送波束與數(shù)據(jù)傳輸階段使用的數(shù)據(jù)傳輸波束有所區(qū)別。數(shù)據(jù)傳輸波束，是指在數(shù)據(jù)傳輸階段，收發(fā)端已經(jīng)預設的可以獲得顯著天線增益的定向波束，用于數(shù)據(jù)或者指令的傳輸；

對于數(shù)據(jù)傳輸波束，系統(tǒng)可以根據(jù)實際的需要進行設定。例如，ieee802.15.3c標準規(guī)定的傳輸波束awv碼本。該碼本只要求模擬移相器可提供0°、90°、180°和270°四種可控相位。具體來講，碼本矩陣w的第(i，m)元素的數(shù)值表示為：

其中，i＝0,…,n-1表示天線序號，m＝0,…,k-1表示碼本序號，k表示定向碼本數(shù)(即可控波束數(shù))。

探測發(fā)送波束的awv，既可以是由隨機或者偽隨機函數(shù)(例如隨機伯努利序列)生成，也可以通過下述方式生成：將發(fā)送端與所有接收端之間各個潛在的最優(yōu)發(fā)送波束的awv乘以隨機權重系數(shù)后疊加而成；

若系統(tǒng)要求awv的各個權重元素的取值范圍有限制(例如，僅可以取值±1和±j)時，特定探測發(fā)送波束的awv的生成方法可以進行數(shù)值映射，以保證所取元素值在有效范圍集合中；

其中，特定探測發(fā)送波束i的awv定義為ut，i；

其中，探測接收波束，是指波束追蹤階段，通過配置特定探測接收awv生成用于實現(xiàn)波束對準的探測波束(不要求具有定向性)；此外，在波束追蹤階段，每個特定探測接收波束均不相同；

探測接收波束的awv，既可以是由隨機或者偽隨機函數(shù)(例如隨機伯努利序列)生成，也可以通過下述方式生成：構造接收波束awv生成集合，所述接收波束awv生成集合中包括本導頻接收端的當前接收波束的相鄰波束的awv；將所述接收波束awv生成集合中的所有awv進行加權疊加后得到探測接收波束的awv，所述加權疊加使用的加權系數(shù)由隨機函數(shù)或偽隨機函數(shù)生成；

若系統(tǒng)要求awv的各個權重元素的取值范圍有限制(例如，僅可以取值±1和±j)時，特定探測接收波束的awv的生成方法可以進行數(shù)值映射，以保證所取元素值在有效范圍集合中；

其中，特定探測接收波束i的awv定義為ur，i；對于第j個接收端，相應的awv表示為為了便于討論，在不需要特別指明接收端時，默認特定探測接收波束i的awv為ur，i；

其中，波束追蹤階段特定探測發(fā)送波束或特定探測接收波束的awv可以采用以下生成方法進行生成：

生成方法1：每個導頻下的awv矢量的各個權重元素是由隨機或者偽隨機函數(shù)生成，例如隨機復高斯序列，隨機復伯努利序列，偽隨機m序列，golay序列等；

生成方法2：

波束追蹤發(fā)生在數(shù)據(jù)傳輸階段(即波束訓練已經(jīng)完成之后)，系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸階段當前使用的發(fā)送/接收波束，生成與當前發(fā)送/接收波束相鄰的潛在最優(yōu)的傳輸波束下的awv矢量集合；

將所述awv矢量集合中的各個awv矢量乘以隨機權重系數(shù)后疊加生成新的awv；

其中，與當前發(fā)送/接收波束相鄰的潛在最優(yōu)的傳輸波束下的awv矢量集合，假設為其中r表示潛在最優(yōu)傳輸波束awv的數(shù)目，τm表示該awv所在碼本矩陣w的列序號；然后，第i個探測波束awvui為：

其中，ai,m表示隨機序列并且兩兩之間互相獨立，例如±1伯努利隨機數(shù)或者(0,1)正態(tài)分布隨機數(shù)。對于awv可設定的元素受限的情況下(例如，僅可設定為±1和±1j時)，可以對ui上的元素以最小量化誤差準則映射成相應的數(shù)值。

其中，波束追蹤導頻，是指用于波束追蹤期間探測波束組合下的接收能量測量和信道估計的接收端已知的輔助序列，例如，m序列，golay序列或者lte(longtermevolution，長期演進)使用的primarysynchronizationsignal(pss)信號等。

圖7說明了在一個發(fā)送端設備和兩個接收端設備時本發(fā)明實施例的波束追蹤導頻的收發(fā)示意。ξ個導頻被連續(xù)發(fā)送，其中每次發(fā)送導頻的訓練序列(例如pn序列或golay序列等)完全相同，但發(fā)送端每次所使用的探測發(fā)送awv均不相同，以及接收端每次使用的探測接收awv均不相同。換言之，在發(fā)送每個特定的追蹤導頻時，發(fā)送端和各個接收端使用特定的探測awv，或稱為探測波束。

根據(jù)壓縮感知理論，探測波束組合數(shù)ξ，即追蹤導頻數(shù)目ξ滿足ξ＝αlog(rrrt)。其中，rr和rt分別表示接收端和發(fā)送端可選的潛在最優(yōu)傳輸波束的數(shù)目；經(jīng)驗參數(shù)α稱為npp系數(shù)，決定著波束組合檢測的效果。具體而言，隨著npp系數(shù)α的增加，我們可以獲得更好的檢測性能，但也會產(chǎn)生更大的追蹤花銷。

其中，信道估計，是指基于已知發(fā)送序列下對于物理信道和陣列天線特征共同作用下的信道響應的估計，可使用的經(jīng)典算法包括最小二乘(least-squared，ls)估計，最小均方誤差估計等；

圖8說明了追蹤導頻發(fā)送完成后的信道估計所得的響應矩陣的特征。矩陣的行坐標表示相對延時，列坐標表示探測波束組合的序號。例如，元素表示在相對延遲和第i個探測波束組合時的信道響應。值得注意，的列矢量可以表示在特定波束組合下的時域信道響應，但是行矢量卻不能表示在特定相對延時下的信道空域響應。這是因為探測波束可能為非定向波束。相反的，為了獲得足夠高的天線增益和取得數(shù)吉比特吞吐率，由傳輸波束awv碼本wr和wt產(chǎn)生的傳輸波束一定會具有很強的方向性。

其中，本發(fā)明實施例采用波束組合追蹤檢測算法，該算法是一種新型接收端波束追蹤方法，包括關鍵路徑選擇，發(fā)送端波束追蹤和接收端波束追蹤三個部分組成；具體而言，對任一接收端而言，接收端首先從時域分辨關鍵路徑，然后，基于追蹤前收發(fā)端數(shù)據(jù)傳輸波束序號，依次從預設的傳輸波束awv碼本中檢測追蹤最優(yōu)發(fā)送和接收波束組合；

圖9說明了波束組合追蹤檢測算法的實現(xiàn)流程。在輸入估計所得的信道響應矩陣后，從時域選擇出具有最大能量的徑的相對時延ω，然后對發(fā)送端最優(yōu)波束追蹤輸出了發(fā)送傳輸波束序號最后對接收端最優(yōu)波束追蹤輸出了接收發(fā)送波束序號

所述最優(yōu)波束組合，是指在最大接收端snr(signaltonoiseratio，信噪比)準則下，所有預設的數(shù)據(jù)傳輸收發(fā)端波束組合中可以獲取最大接收端snr的收發(fā)端波束組合；或者是指，最大接收端信道容量準則下，所有預設的數(shù)據(jù)傳輸收發(fā)端波束組合中可以獲取最大接收端信道容量的收發(fā)端波束組合；其中，追蹤前發(fā)送端數(shù)據(jù)傳輸波束序號為l-1；發(fā)送端備選最優(yōu)數(shù)據(jù)傳輸波束集合δl；追蹤前接收端數(shù)據(jù)傳輸波束序號為k-1；接收端備選最優(yōu)數(shù)據(jù)傳輸波束集合δk；

每個接收端獨立估計不同探測波束awv下的信道響應，獲得信道響應矩陣其中，l表示信道最大拓展時延，ξ表示重復發(fā)送導頻序列數(shù)目，也是探測波束組合數(shù)。接收端通過最優(yōu)波束組合追蹤檢測算法獲得最優(yōu)波束組合和其中，表示發(fā)送波束序號，可以提供給波束追蹤導頻發(fā)送端(例如基站)，表示接收波束序號，可以提供給波束追蹤導頻接收端(例如ue)。對于任一接收端，波束組合追蹤檢測的處理方法相同。

下面對最優(yōu)波束組合追蹤檢測算法說明如下：

(1)關鍵路徑選擇：

從信道響應矩陣的行向量中，選擇具有最大能量的行向量，即選擇具有最大能量的關鍵路徑，其中相對時延作為關鍵路徑的標示。如果用ω代表關鍵路徑對應的相對時延，則

其中，函數(shù)表示以序號為變量來尋找具有最大值的并輸出其對應的是列向量的2范數(shù)，即的信號能量；表示相對時延為時的ξ次信道響應估計的列向量，并且是信道響應矩陣的第行的轉(zhuǎn)置。

(2)發(fā)送端最優(yōu)波束追蹤：

搜索發(fā)送端最優(yōu)波束序號。根據(jù)最大似然準則，發(fā)送端最優(yōu)波束序號表示如下：

其中，函數(shù)表示以序號l∈δl為變量探測矩陣尋找具有最小值的表示2范數(shù)的平方，θχ表示探測矩陣θ的第χ列向量；函數(shù)表示以序號l∈δl為變量探測矩陣尋找具有最大值的|·|表示絕對值，探測矩陣是已知的，θ的第i行為列向量矢量矢量vec()函數(shù)表示矩陣的列向量化；

其中，用符號“w”表示數(shù)據(jù)傳輸階段的數(shù)據(jù)傳輸波束awv，用符號“u”表示波束追蹤階段的探測波束awv。具體而言，ur，i表示第i個探測接收波束awv，ut，i表示第i個探測發(fā)送波束awv；傳輸波束awv由預設的定向波束碼本指定。傳輸波束碼本是一個n×k的矩陣，即n表示天線單元數(shù)，k表示傳輸波束碼本指定的定向波束數(shù)，并且n≤k。相應地，接收傳輸波束碼本是一個nr×kr的矩陣，即其中nr表示接收端天線單元數(shù)，kr表示接收碼本矩陣指定的定向波束數(shù)。發(fā)送傳輸波束碼本是一個nt×kt的矩陣，即其中nt表示發(fā)送端天線單元數(shù)，kt表示發(fā)送碼本矩陣指定的定向波束數(shù)。矩陣wr和矩陣wt的每一列都表示一個產(chǎn)生定向波束的預設awv。其中，wr，k表示接收碼本矩陣wr的第k列，wt，l表示發(fā)送碼本矩陣wt的第l列。

通過協(xié)議規(guī)定或者預先告知，接收端已知所有發(fā)送端數(shù)據(jù)傳輸波束的awv和所有發(fā)送端探測波束的awv；

(3)接收端最優(yōu)波束追蹤：

依據(jù)第二步獲得的發(fā)送端最優(yōu)波束序號搜索接收端最優(yōu)波束序號。根據(jù)最大似然準則，接收端最優(yōu)波束序號表示如下：

另外，也可以先進行“接收端最優(yōu)波束追蹤”再進行“發(fā)送端最優(yōu)波束追蹤”，從性能的角度看，是等效的，是本算法的另外一種設計方案；

數(shù)據(jù)傳輸階段的數(shù)據(jù)傳輸波束天線權重矢量(awv)集合與波束追蹤階段的探測波束awv集合可以不同。若數(shù)據(jù)傳輸階段的傳輸波束awv與波束追蹤階段的探測波束awv相同，本文本所提方案依然可以支持。

其中，在高低頻輔助組網(wǎng)場景下，低頻段系統(tǒng)為高頻段系統(tǒng)提供初始的收發(fā)波束方向或者潛在最優(yōu)收發(fā)波束可能集合，高頻段系統(tǒng)以此為初始值，進行波束訓練的場景可視為一種特殊的波束追蹤場景。

本發(fā)明實施例還提供一種波束追蹤的方法，發(fā)起方發(fā)起波束追蹤，響應方響應波束追蹤；發(fā)起方作為波束追蹤導頻的發(fā)送端，響應方作為波束追蹤導頻的接收端，如圖10所示，具體包括以下幾個階段：

階段一：追蹤啟動階段(對應下述步驟1)；

階段二：同步追蹤階段(對應下述步驟2，步驟3、步驟4和步驟5)；

發(fā)起方使用特定的探測發(fā)送波束廣播發(fā)送追蹤導頻，響應方分別使用特定的探測接收波束接收追蹤導頻；

階段三：波束檢測階段(對應下述步驟6)；

各個響應方利用所有探測波束組合下的導頻進行信道估計，然后執(zhí)行最優(yōu)波束組合追蹤檢測，輸出最優(yōu)波束組合的接收和發(fā)送序號；

階段四：結(jié)果反饋階段(對應下述步驟7)；

各個響應方依次將最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束序號反饋給發(fā)起方。

波束追蹤的方法，具體包括下述步驟：

步驟1：發(fā)起方周期性發(fā)起波束追蹤，并請求各個響應方進行波束追蹤響應，追蹤次數(shù)i初始化為0；

步驟2：在波束追蹤階段，發(fā)起方調(diào)整發(fā)送波束到第i個特定探測發(fā)送波束，每個響應方調(diào)整接收波束到相對應的第i個特定探測接收波束；

步驟3：發(fā)起方使用第i個特定探測發(fā)送波束廣播發(fā)送波束追蹤導頻，多個響應方分別使用各自第i個特定探測接收波束接收所述波束追蹤導頻，并執(zhí)行信道估計；

步驟4：累加追蹤次數(shù)i＝i+1；

步驟5：如果累加追蹤次數(shù)i小于閾值ξ，則返回步驟2；如果累加追蹤次數(shù)i等于閾值ξ，則執(zhí)行步驟6；

步驟6：各個響應方基于各自ξ次信道估計的結(jié)果，執(zhí)行最優(yōu)波束組合追蹤檢測算法，輸出最優(yōu)波束組合的接收和發(fā)送序號；

步驟7：各個響應方依次將最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束序號反饋給發(fā)起方；

所述的發(fā)起方，是指集成了天線陣列通過配置天線權重矢量awv生成特定波束的波束追蹤的發(fā)起設備；此外，若在蜂窩通信中，發(fā)起方可以為基站，也可以為用戶設備(ue)；若在無線局域網(wǎng)中，發(fā)起方可以為接入節(jié)點(accesspoint，ap)也可以為pbss(personnelbasicserviceset)中心控制節(jié)點(pbsscentralpoint)，或者接入設備；

所述的響應方，是指集成了天線陣列通過配置天線權重矢量(awv)生成特定波束的波束追蹤的響應設備；此外，若在蜂窩通信中，響應方可以為基站，也可以為用戶設備(ue)；若在無線局域網(wǎng)中，響應方可以為接入節(jié)點(accesspoint，ap)也可以為pbss(personnelbasicserviceset，個人基本服務集)中心控制節(jié)點(pbsscentralpoint)，或者接入設備；

發(fā)起方在請求響應方進行波束追蹤響應時，還可以攜帶每一個響應方對應的當前數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送波束序號和相鄰(潛在最優(yōu))發(fā)送波束序號集合；

響應方可以通過向發(fā)起方反饋確認應答信號指示本設備參與波束追蹤；

本發(fā)明實施例還提供一種波束追蹤的方法，發(fā)起方發(fā)起波束追蹤，響應方響應波束追蹤；發(fā)起方作為波束追蹤導頻的接收端，響應方作為波束追蹤導頻的發(fā)送端，如圖11所示，具體包括以下幾個階段：

階段一：追蹤啟動階段(對應下述步驟1和步驟2)；

t個發(fā)起方依次向同一個響應方請求發(fā)起波束追蹤；

響應方在收到來自t個發(fā)起方的波束追蹤請求后，廣播確認響應；

階段二：同步追蹤階段(對應下述步驟3，步驟4，步驟5、步驟6和步驟7)；

響應方使用特定的探測發(fā)送波束廣播發(fā)送追蹤導頻，發(fā)起方分別使用特定的探測接收波束接收追蹤導頻；

階段三：波束檢測階段(對應下述步驟8)；

各個發(fā)起方利用所有探測波束組合下的導頻進行信道估計，然后執(zhí)行最優(yōu)波束組合追蹤檢測，輸出最優(yōu)波束組合的接收和發(fā)送序號；

階段四：結(jié)果反饋階段(對應下述步驟9)；

各個發(fā)起方依次將最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束序號反饋給響應方。

波束追蹤的方法，具體包括下述步驟：

步驟1：t個發(fā)起方依次向同一個響應方請求發(fā)起波束追蹤；

步驟2：響應方在收到來自t個發(fā)起方的波束追蹤請求后，廣播確認響應；

在廣播的確認響應中可以攜帶每一個發(fā)起方對應的當前數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送波束序號和相鄰(潛在最優(yōu))發(fā)送波束序號集合；

步驟3：波束追蹤啟動，追蹤次數(shù)i初始化為0；

步驟4：響應方調(diào)整發(fā)送波束到第i個特定探測發(fā)送波束，每個發(fā)起方調(diào)整接收波束到相對應的第i個特定探測接收波束；

步驟5：響應方使用第i個特定探測發(fā)送波束廣播發(fā)送波束追蹤導頻，發(fā)起方分別使用各自第i個特定探測接收波束接收所述波束追蹤導頻，并執(zhí)行信道估計；

步驟6：累加追蹤次數(shù)i＝i+1；

步驟7：如果累加追蹤次數(shù)i小于閾值ξ，則返回步驟4；如果累加追蹤次數(shù)i等于閾值ξ，則執(zhí)行步驟8；

步驟8：各個發(fā)起方基于各自ξ次信道估計的結(jié)果，執(zhí)行最優(yōu)波束組合追蹤檢測算法，輸出最優(yōu)波束組合的接收和發(fā)送序號；

步驟9：各個發(fā)起方依次將最優(yōu)波束組合的發(fā)送波束序號反饋給共同的響應方；

上述實施例提供的一種波束追蹤的方法和裝置，高頻段基站和終端從信道響應中追蹤和檢測所期待的波束組合，不需要兩兩收發(fā)機對其相鄰波束組合進行掃描，并且在追蹤中間階段無需波束對準信息的反饋，從而實現(xiàn)多用戶波束組合的同步追蹤，使得訓練花銷與用戶數(shù)相互獨立，大幅度降低追蹤花銷。

本領域普通技術人員可以理解上述方法中的全部或部分步驟可通過程序來指令相關硬件完成，所述程序可以存儲于計算機可讀存儲介質(zhì)中，如只讀存儲器、磁盤或光盤等?？蛇x地，上述實施例的全部或部分步驟也可以使用一個或多個集成電路來實現(xiàn)，相應地，上述實施例中的各模塊/單元可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實現(xiàn)。本發(fā)明不限制于任何特定形式的硬件和軟件的結(jié)合。

需要說明的是，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。