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A阿瑞提在《创造的秘密》一书中概括了九个有利于创新活动的社会文化环境因素他认为其中最根本的是（文化手段的便利） A按决策目标的数量分类，决策可分为（单目標决策与多目标决策） A按决策问题的出现概率分类决策可分为（程序性决策和非程序性决） A按决策主体的决策方式不同，决策可分为（經验决策和科学决策） A按照权力的控制程度来看一切权力集中于领导集体或个体手中的是(集权式领导) B（健壮的身体)不属于美国领导学大師华伦?本尼斯（Warren Bennis）的领导者素质的最基本结构之一 B被公认为“人力资本之父”的是(舒尔茨) B不属于发挥专家的团体宏观智能结构效应的决策方法是（模拟决策法） B不属于公共管理范畴的是（照章纳税） B不属于渐进最佳原则不属于渐进决策模型的特点点有（最佳原则） B不属于领導决策要素的是（决策前景） C曹冲称象和诸葛亮的“草船借箭”，在思维形式上属于（横向思维） C冲突属于（高对抗性行为） C从不同的学科分析领导者扮演着不同的角色，从政治的本质和领导的基本职能出发领导者是（利益的分配者） C从长远来看，在综合国力中起重要莋用的主导因素是政治力和（领导力） C促使领导从管理中分化超越出来，并且具有独立意义的原因不包括（中国改革开放的结果） D（现玳社会）的领导权力是一种法理型的权力 D道家的政治思想是（无为而治） D邓小平认为领导的本质是（领导就是服务） D电子政务最重要的內涵及精髓是建构一个（虚拟政府） D对领导者素质理论（又称特质理论）不正确的说法是（它是管理科学自19世纪产生以来始终研讨的问题） D对于领导者来说，（政治素质）是第一位的 F封建制领导效能理论注重对( 领导者个人特质 )的研究 ，具有浓厚的宗教色彩 F风险决策法有（决策树法） G各种演说都有一定的要求，其中（工作演说）要求观点鲜明或新颖分析深入，具有一定的理论深度能够启迪人的智慧。 G根据领导机关中最高决策者人数的不同可以将领导体制划分为（一长制与委员会制） G根据领导系统中各层级领导机关与领导者职责权限嘚集中与分散程度，可以将领导体制划分为（集权制与分权制） G根据上级领导机关对下级行政领导机关的指挥、控制方式与程度的不同鈳以将领导体制划分为（完整制与分离制） G根据组织系统内部各机构的职责权限的性质与范围的不同，可以将领导体制划分为（层级制与職能制） G公共产品有两个显著特点它们是（非竞争性和非排他性） G公共管理领域的危机主要是（信任危机） G关于家长制的说法不正确的昰（在家内有时可以实行民主制作风） G国内公共行政当前有两点最显著的变化，其中一个变化是（公共行政领域的扩大） G据联合国教科文組织2000年对62个国家进行的调查（89％）的国家在不同程度上开展电子政务。 H华伦?本尼斯认为一个不败的领导人必须依靠三条腿来支撑，这說明了领导素质具有（综合性） J(领导效能)既是领导活动的出发点又是领导活动的归宿，是反映领导者能力和领导活动成效的综合性指标 J（沟通方式）即是对沟通通道（媒介）的选择 J激发思维创新的首要因素是（目标） J坚持对领导效能的主观与客观相结合的原则具体地说偠做到(分析时间因素) J检测决策方案实施的情况与决策目标是否相一致的方法是（决策追踪） J简单而低层的组织与重复性较高的简单工作宜采用（直线式）组织结构 J结构理论认为，领导效能取决于(组织特性) J决定和体现着领导的本质的是（领导活动的社会属性） K科学决策的第一步是（发现问题） K孔子提出“人存政举人亡政息”的名言，体现了古代领导思想中的（人本思想） L理性最佳原则不属于渐进决策模型的特点点有（最佳原则） L领导的缓冲器、替代品与放大器理论是由以史蒂文为代表的研究者提出的具有（权变理论色彩）的领导理论 L领导关系的两重属性中（社会属性）占据主导地位 L领导环境发展的第一原则是（科学性原则） L领导活动的归宿是（领导目标） L领导具有双重属性，其中占据主导地位的是（社会属性） L领导魅力的心理根源在于（追随者对领导者的态度） L领导魅力结构包括（魅力链与魅力面），這些都具有可观察性因而也是实证的 L领导权力的发展变化是与（社会发展阶段）紧密相连的 L领导权力的发展变化是与（阶级）紧密相连嘚 L领导体制的本质属性是(社会属性) L领导体制的核心是(各级各类领导机关职责与权限的划分) L领导体制是在政治体制和经济体制基础上逐步形荿一系列原则的支配下，逐步建立起来的这些原则不包括（运转协调的原则） L领导效能测评与测评对象的关系，就是(反映与被反映)的关系 L领导行为模式的本质特征是（领导行为与目标联系的间接性） L领导行为四分图理论又称为（俄亥俄模式） L领导学的产生是（社会化大苼产）的客观要求 L领导艺术美的内核是（品德） L领导艺术美的体现方式是

波束搜索处理方法、 装置和系统

夲申请要求于 2011 年 5 月 10 日提交中国专利局、 申请号为 .8、 发明名称为"波束搜索处理方法、 装置和系统"的中国专利申 请的优先权 其全部内容通过引用结合在本申请中。

本发明实施例涉及无线通信技术领域 尤其涉及一种波束搜索处理方法、 装置和系统。

随着多媒体应用的发展无線通信应用对传输速率和信号带宽的需求与曰 倶增，在线视频流业务等高速数据传输的需求逐渐凸显相应的无线个人通信 网络（ Wireless Personal Area Networks, WPAN )也对数據传输率及信号带宽 提出更高要求。 目前来看 移动网络及无线局域网 （Wireless Local Area Networks, WLAN )所致力的百兆传输速率已然难以满足应用需求； 另一方面 已存在嘚诸多无线通信业务例如宽带移动通信、卫星导航通信、局域网及城域 网等，使宝贵的频谱资源日趋枯竭寻找新的具有良好传输特性的通信频段也 成为当前急需解决的问题。 因而能实现 Gbps甚至数 Gbps传输速率的 60GHz 无线通信成为无线通信领域研究的新热点 60GHz无线通信属毫米波通信范疇， 毫米波通常指波长为 1-10毫米的电 磁波 其对应的频率范围为 30GHz-300GHz, 在通信、 雷达、 导航、 遥感、 射 电天文等许多领域有着广泛的应用， 60GHz通信具囿以下优点： 通信量大 具有超过 5GHz的免许可带宽； 方向性好， 安全保密性强 常适用于点到点的 短距离通信； 传输质量高， 可进行全天候通信； 具有良好的国际通用性和免许 可特性 60GHz

( Beam Steering )。 在给定波束模式集的前提下 波束赋形则化为寻找最佳波 束对（Beam Pair ), 以使通信链路达到最佳。 現有技术中 IEEE 802.15 3c标准 和 IEEE 802.11 ad标准均提出了相应的波束搜索算法 在码本空间的基础上寻 找最佳通信波束编号。

在实现本发明过程中发明人发现现囿技术中至少存在如下问题： 现有的 波束搜索算法主要基于遍历搜索， 其搜索复杂度高 波束对准所需要的搜索时 间难以忍受， 严重限制叻波束赋形在 60GHz应用中的性能 主要存在以下几点 不足： 盲目性： 波束搜索过程中， 通信双方并没有一个明确搜索目标 只能通 过一次穷尽搜索后才发现最优解； 冗余性： 搜索过程存在极大冗余性， 诸多波 束编号的搜索对最优解的发现并无实际有益的作用； 缺乏协同： 接收端與发送 端之间缺乏必要的协同 搜索效率必然受到极大影响。

本发明实施例提供一种波束搜索处理方法 包括：

请求端接收响应端以天线數目 2¹所发射的第一信号， i为自然数 确定所述 第一信号对应的接收信号功率最大的第一波束对作为当前波束对；重复执行第 一搜索， 如果 i達到或大于预定的搜索次数则终止所述第一搜索 并将所述当 前波束对作为初始解； 所述第一搜索包括： 所述请求端与所述响应端同步更噺 i的数值，接收所述响应端以更新后的天线数目 2¹所发射的第二信号根据所述 当前波束对确定所述第二信号对应的接收信号功率最大的第②波束对，更新所 述当前波束对为所述第二波束对；

所述请求端重复执行第二搜索如果接收到的信号达到预定精度则终止所 述第二搜索，将所述初始解作为最优波束对并将所述最优波束对通知所述响应 端； 所述第二搜索包括： 所述请求端和所述响应端将天线数目更新为各洎的最 大天线数目； 所述请求端接收所述响应端发射的信号 并根据所述初始解， 基 于预定算法确定下一次搜索的波束对基于所述下一佽搜索的波束对生成一指 示， 通知所述响应端根据所述指示调整下一次的发射波束 并更新所述初始解 为所述下一次搜索的波束对。

本发奣实施例提供一种波束搜索处理装置 包括：

第一搜索模块， 用于接收响应端以天线数目 2¹所发射的第一信号 i为自然 数， 确定所述第一信號对应的接收信号功率最大的第一波束对作为当前波束 对； 重复执行第一搜索 如果 i达到或大于预定的搜索次数则终止所述第一搜 索， 并將所述当前波束对作为初始解； 所述第一搜索包括： 所述请求端与所述 响应端同步更新 i的数值接收所述响应端以更新后的天线数目 2¹所发射的第二 信号，根据所述当前波束对确定所述第二信号对应的接收信号功率最大的第二 波束对 更新所述当前波束对为所述第二波束对；

苐二搜索模块， 用于重复执行第二搜索如果接收到的信号达到预定精度 则终止所述第二搜索，将所述初始解作为最优波束对并将所述最優波束对通知 所述响应端； 所述第二搜索包括： 所述请求端和所述响应端将天线数目更新为 各自的最大天线数目； 所述请求端接收所述响應端发射的信号 并根据所述初 始解，基于预定算法确定下一次搜索的波束对基于所述下一次搜索的波束对 生成一指示，通知所述响应端根据所述指示调整下一次的发射波束 并更新所 述初始解为所述下一次搜索的波束对。

本发明实施例提供一种波束搜索处理系统包括鼡于进行波束搜索的请求 端和用于发射信号的响应端，其中所述请求端包括上述的波束搜索处理装置。

本发明实施例提供的波束搜索处悝方法、 装置和系统 通过粗略搜索和 精细搜索两阶段，将波束搜索抽象成为一个寻找全局最优解的问题 实现了通 信双方的协调搜索， 具备良好的搜索性能 可显著提升波束搜索的效率， 缩短 波束搜索所需的时间和功耗 附图说明

图 1为本发明一实施例波束搜索处理方法流程图；

图 2为本发明另一实施例波束搜索处理方法流程图；

图 3为本发明实施例中仿真采用的波束模式示意图；

图 4为本发明实施例波束搜索算法的目标函数示意图；

图 5为本发明实施例中 Resenbrock算法的搜索轨迹示意图；

图 6为本发明一仿真实施例不同实现下目标最优功率与实际搜索功率值礻 意图；

图 7为本发明一仿真实施例不同实现下的搜索次数示意图；

图 8为本发明另一仿真实施例不同实现下目标最优功率与实际搜索功率值 礻意图；

图 9为本发明另一仿真实施例不同实现下的搜索次数示意图；

图 10为本发明实施例 Resenbrock搜索算法复杂度示意图；

图 11为本发明一实施例波束搜索处理装置结构示意图； 图 12为本发明实施例波束搜索处理系统组成示意图。 具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚 下面将结合本发明 实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述显然， 所描述的实施例是本发明一部汾实施例 而不是全部的实施例。基于本发明中 的实施例本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其 他实施例， 嘟属于本发明保护的范围

由于 60GHz无线通信能够实现 Gbps甚至数 Gbps传输速率，因此成为无线通 信领域研究的新课题 提高波束对准过程的效率， 不僅能节省大量发射功率 为实现低功耗设备提供必要前提； 同时， 缩短搜索时间亦可极大减小设备接入 网络的时间延时 这一方面可方便開发实时传输业务， 提高用户体验 另一方 面也可提高网络通信容量。 综上 高效的波束搜索算法对于 60GHz通信系统具 有重要的意义。 为了满足上述需求 本发明各实施例提出了一种基于模式搜索 思想的新颖波束搜索方案， 尤其适用于大码本空间情形下的波束对准 算法实 现筒單，搜索效率显著提高适宜于低功耗、低复杂度 60GHz毫米波通信设备。

考虑到当接收端波束与发射端波束在二维平面上严格对准时接收信號功 率将达最大值。 因而 本发明实施例中可以将接收端-发射端波束编号 (p,q)建 立二维搜索平面， 则波束搜索的目标即为： 寻找使接收信号功率最大化所对应 波束对 即 2维平面优化搜索问题。

通常情况下 利用目标函数梯度信息可充分提高搜索效率。但对与上述建 模成的最佳波束对搜索问题而言 可能存在两个需要考虑的因素： 一是接收信 号功率值解析解与天线阵摆放角度（姿态）有关， 实际中无法准确获知； ②是 实际应用中的目标函数存在局部最优解与鞍点使算法容易陷入局部解。本发 明实施例可以通过一种次优搜索方式例如 Resenbrock等优化算法 莋为一种无 导数信息情况下的高效模式搜索算法，它在无需获知搜索目标函数导数解析值 情况下 能高效实现最佳波束对的寻找。

若将天線数目 （即天线阵元数）设置为 32, 而波束数目为 64, 则从 100次 的独立波束搜索实验来看 由于目标函数存在诸多局部解， 因而直接采用 Resenbrock算法并不能保证每次均可发现最优波束对； 从多次仿真来看 其搜 索成功概率约为 32% , 平均次数约为 25。 因此 本发明各实施例在采用例如 Resenbrock等优化算法寻找朂佳波束对之前， 可以预先进行若干次的波束粗略 搜索 从而为 Resenbrock搜索算法提供良好的初始搜索点， 以避免算法陷入局 部最小值 提高波束搜索效率。

本发明实施例中波束粗略搜索 P介段需具备以下两个要求：一是作为一种以 初始化为目标的预搜索算法 其复杂度不宜过高； 二昰粗略搜索完成后， 所提 供的初始点距离最优目标值不是 4艮远 以有效地避免陷入局部最优解。

对通常波束赋形算法而言 显然具有以下特性： 天线数目为 2M所对应的 最优波束位于天线数目为 2 ( M-1 )所对应最优波束主瓣范围内， 本发明实施 例便是利用上述特性进行粗略搜索 例如可鉯先将有效天线数目设置为 4根， 其最优波束位置可通过少数次搜索获得； 再将有效天线数目设置为 8根 其最 优波束位置即可由 4根天线的最優解出发， 少数次搜索获得 一般而言， 通过 上述 2-3次粗略可以减少 Resenbrock算法的初始解与最优解之间距离减少陷入 局部最优解的概率， 从而提高搜索成功率 甚至可以达到 100%。 上述的天线阵元数目为 2M所对应的最优波束位于天线阵元数目为 2( M-1 ) 所对应最优波束主瓣范围内的推论主要依据茬于 当天线数目增加一倍时， 其 有效波束宽度（波束增益最大方向与邻近波束增益为 0的角度之间的距离）缩 减一半 相应地从一维来看， 当阵元数目为 2M 时 有可能取得最优波束 j应 存在于阵元数目为 2 ( M-1 )的波束编号 i的邻域内， 即 j可能的取值集合为 {i+1 , i-l }

通过不断缩小波束宽度分辨率， 从而高 效发现 Rosenbrock算法搜索的初始解

基于上述分析，本发明实施例中波束搜索处理方法可以采用粗略搜索阶段 和精细搜索阶段的两个阶段進行 图 1为本发明一实施例波束搜索处理方法流 程图， 如图 1所示 该方法包括：

步骤 100,请求端接收响应端以天线数目 2¹所发射的第一信号， i为洎然数 确定所述第一信号对应的接收信号功率最大的第一波束对作为当前波束对；重 复执行第一搜索， 如果经过更新的 i大于预定的搜索佽数则终止所述第一搜索 并将所述当前波束对作为初始解； 所述第一搜索包括： 所述请求端与所述响应 端同步更新 i的数值， 接收所述响應端以更新后的天线数目 2¹所发射的第二信 号根据所述当前波束对确定所述第二信号对应的接收信号功率最大的第二波 束对， 更新所述当湔波束对为所述第二波束对；

信号发射端和信号接收端为了满足接收信号的强度达到最优在通信前可 以通过波束搜索找到要佳通信波束編号。 当然信号发射和接收是相互的信号 接收端也发射信号，信号发射端也对应地接收信号 因此本发明实施例为了便 于说明， 仅考虑┅端发射信号 另一端接收信号的情况。 并将响应端作为信号 发射端 将请求端作为信号接收端， 请求端在接收到响应端发射的信号后 通 过本实施例提供的波束搜索方法找到趋近于最优波束对的次优解，甚至可以找 到通信的最优波束对

本步骤为本实施例提供的波束搜索方法中的粗略搜索阶段，在本阶段中请 求端和响应端各自的天线数目应保持相同数目在进行完一次粗略搜索后，请 求端和响应端各自将忝线数目增加一倍并将上一次的粗略搜索结果作为本次 粗略搜索的初始解。

具体地 请求端和响应端首先进行会话请求 /确认流程， 该流程完成后 请求端请求响应端发射信号， 响应端以当前的天线数目向请求端发射第一信 号 响应端当前的天线数目例如为 2¹, 其中 i为自然数。 初始时 请求端和响应 端的天线数目可以均为 2 (即 i=l ) , 请求端接收响应端以 2根天线发射的第一 信号， 然后确定该第一信号对应的接收信号功率最夶的波束对 初始时（请求 端和响应段的天线数目均为 2根）请求端可以在 2-D平面上依次遍历所有可能的 波束以确定接收能量最大的波束对， 唎如称之为当前波束对

请求端在确定出当前波束对后， 重复执行第一搜索的步骤如果更新后的 i大于预定的搜索次数则终止第一搜索的步骤， 并将当前波束对作为初始解 以供精细搜索 P介段进行进一步地精细搜索。本发明实施例中所述的第一搜索包 括如下步骤：

请求端在確定出当前波束对后 与响应端同步更新 i的数值以同步更新各 自的天线数目， 例如可以同步置1=1+1 , 也就是说同步将天线数目增加一倍 然后， 請求端再次请求响应端发射信号 响应端继续以更新后的 2²根天线发射 第二信号。请求端接收该第二信号后 以第一波束对为初始解来确定該信号所 对应的接收能量最大的波束对， 例如称之为第二波束对 并更新当前波束对为 第二波束对即将第二波束对作为当前波束对，第二波束对也就相应地成为精细 搜索 P介段的初始解 具体过程可以为请求端依次遍历 2-D平面上第一波束对周 围的八个波束对， 获取所述第二信号對应的接收信号功率最大的第二波束对

请求端和响应端继续上述循环过程， 将天线数目设置有 2³, 请求端再以第 二波束对为初始解来确定响應端以 2³根天线所发射的信号所对应的接收能量 最大的波束对 由上述可知， 在确定天线数目为 2¹⁺¹所对应的最佳波束对时 是以天线数目为 2¹所對应的最佳波束对作为此次搜索的初始解， 并依次循环执 行上述步骤 直至经过更新的 i大于预定的搜索次数。

步骤 101 , 所述请求端重复执行第②搜索 如果接收到的信号达到预定精 度则终止所述第二搜索，将所述初始解作为最优波束对并将所述最优波束对通 知所述响应端； 所述苐二搜索包括： 所述请求端和所述响应端将天线数目更新 为各自的最大天线数目； 所述请求端接收所述响应端发射的信号 并根据所述 初始解，基于预定算法确定下一次搜索的波束对基于所述下一次搜索的波束 对生成一指示，通知所述响应端根据所述指示调整下一次的发射波束 并更新 所述初始解为所述下一次搜索的波束对。

依次循环执行上述粗略搜索的步骤直至更新后的 i大于预定的搜索次数 本发明实施例中的搜索次数是根据请求端的最大天线数目而设置的。经过所述 搜索次数的粗略搜索流程后便完成了本实施例提供的波束搜索方法Φ的粗略 搜索阶段， 即为下一步进行精细搜索阶段提供了较好的初始解 以下进入精细 搜索阶段。具体地请求端在每一次的粗略搜索步驟中确定出对应的最优波束 对后， 进行置 i=i+i的操作 当判断获知更新后的 i小于或等于搜索次数， 则继 续进行本次的粗略搜索步骤； 若判断获知更新后的 i大于搜索次数 则结束粗 略搜索阶段，并进入精细搜索阶段具体包括请求端重复执行第二搜索的步骤， 如果接收到的信号达箌预定精度则终止第二搜索的步骤将初始解作为最优波 束对并将最优波束对通知响应端。 其中 所述的第二搜索包括如下步骤：

请求端囷响应端同步将天线数目更新为各自的最大天线数目，即请求端将 自身的工作天线设置成其最大的天线数目响应端也将自身的工作天线設置成 其最大的天线数目。 然后 请求端继续请求响应端发射信号， 响应端接收请求 后 便以其最大天线数目向请求端发送信号。 请求端接收到该信号后 以当前 波束对作为预定算法的初始解，基于预定算法确定下一次搜索的波束对此处 所述的当前波束对为请求端在判断獲知更新后的 i大于预定的搜索次数时， 请 求端之前确定的接收信号功率最大的波束对也就是说是请求端进行完粗略搜 索 P介段所最终确定嘚最优波束对。

当然本实施例也可以将终止所述第一搜索的条件设为： i达到预定的搜索 次数（即 i等于预定的搜索次数） 而非一定大于所述次数， 本实施例对此不 做限定

请求端进行精细搜索阶段的过程中，可以采用预定算法进行波束搜索通 过预定算法获得趋近于最优波束对的结果。请求端以进行完粗略搜索阶段所最 终确定的最优波束对作为该预定算法的初始解来确定下一次进行波束搜索的 波束对。 确萣后 请求端基于确定的下一次搜索的波束对生成一指示， 通知响 应端根据该指示调整下一次的发射波束然后请求端更新初始解为下一佽搜索 的波束对即将确定的下一次搜索的波束对作为再下一次搜索的初始解。 具体 地请求端根据算法结果通知响应端下一次波束编号， 並同时调整自身的接收 波束 响应端在接收到通知后，便可以根据其中的指示来调整下一次发射信号 的发射波束

经过上述若干次的精细搜索调整过程，请求端在某一次的精细搜索过程中 若判断出所接收的信号达到预定精度例如通过判断信号的接收功率是否达到 要求等方式，请求端便可以终止精细搜索流程即终止第二搜索的步骤 并将此 次精细搜索所对应的最优波束对作为波束搜索的最终结果，通知给响應端 此 后请求端和响应端便利用该最优波束开始通信。

本发明实施例提供的波束搜索处理方法 通过粗略搜索和精细搜索两阶 段，将波束搜索抽象成为一个寻找全局最优解的问题 实现了通信双方的协调 搜索， 具备良好的搜索性能 可显著提升波束搜索的效率， 缩短波束搜索所需 的时间和功耗

本发明实施例中进行精细搜索阶段时所采用的预定算法可以采用前述的

Resenbrock算法， 当然也可以采用其他算法 只要能夠满足逐步逼近最优解即 可。

在上述实施例中 响应端更新天线数目的步骤可以采用以下两种方式进 行，一种方式是请求端和响应端双方嘟基于预定的更新周期 自动更新天线数 目， 即在经过一个周期 T后 便同步执行 i=i+l的操作。 另一种方式是请求端向 响应端发送更新天线数目嘚指示消息请求端在执行完每一次的粗略搜索步骤 后， 通知响应端执 #i=i+l的操作 自身也同步执行1=1+1的操作。 在上述实施例中请求端在进行粗略搜索阶段的过程中， 若判断获知所接 收到的信号也已经达到了预定精度则请求端可以将此时所确定的当前波束对 直接作为最优波束對通知响应端，即请求端将当前波束作为最终的波束搜索结 果 并直接通知响应端用于进行通信的最优波束对， 以进行后续通信 当然， 吔可以再执行精细搜索 P介段以更加逼近最优解 具体可以根据实际需求而设 定， 前者延时较小

总体来看， 本发明实施例所提供的波束搜索方法与现有 802.11ad标准草案 具有良好兼容特性 只需工作设备包含特定的计算搜索算法引擎即可。设计信 令交互与现有标中定义波束训练帧结構可相互保持兼容即现有标准中存在反 馈信道协调统一的搜索进程。 请求端可以通过反馈信道向响应端发送反馈帧 该反馈帧至少包括鼡于指示波束调整方向的字段，以及用于指示波束调整长度 的字段 本搜索算法采用的反馈帧结构如表 1所示。

如上表所示反馈帧可以由┅个字节的长度构成。 第 8位： 波束编号调整 方向： 0为减小波束编号方向 1为增加波束编号方向（波束编号从 -90度至 90 度进行顺序编号） ； 第 1-7位： 以 2进制形式给出波束调整的相对长度。 例： 若响应端当前波束编号为 i, 当它接收到反馈帧之后 将下一次波束编号调整 成为： i+3。

本发明实施例提供的波束搜处理方法 借助于 Resenbrock模式搜索机制， 实现了通信双方的协调搜索 具备良好的搜索性能， 可显著提升波束搜索的效 率 缩短波束搜索所需的时间和功耗， 对于 60GHzWPANs毫米波通信系统具 有极其重要的意义

图 2为本发明另一实施例波束搜索处理方法流程图，如图 2所示 該方法包 括：

步骤 la, 请求端发起波束对准的会话请求，请求端将在后续搜索中启动搜 索引擎；

步骤 2a, 响应端返回确认请求；

步骤 3a, 请求端依据其朂大天线数目确定波束数目 设置粗搜索过程次数 即搜索次数 m, 设置当前粗搜索计数器 i=l ;

例如请求端天线数目为 32, 接收端天线数目为 64, 即可将 m设置荿为 5。 另外 i的初始值可以根据实际情况设定（即 i初始可以不设为 1 , 而按照预定的 初始值开始 ) 。

步骤 4a, 请求端和响应端双方将发射工作天线数目设置为 2¹, 响应端向请 求端发射信号；

步骤 5a, 请求端在 2-D平面上遍历所有可能波束 确定出接收能量最大的 最优波束标号对， 置1=1+1；

步骤 6a, 请求端判斷 i是否大于 m; 若是 则跳转至步骤 10a, 否则继续下 一步；

步骤 9a, 请求端和响应端双方将发射工作天线数目设置为 2¹ , 响应端向 请求端发射信号， 跳转至步骤 6a;

步骤 10a, 发射端与接收端将工作天线数目置为各自的最大天线数目； 后 续响应端则依据反馈信道接收到的波束调整指示在下一次搜索中采用相应波 束发射信号；

步骤 11a, 利用接收到的信号功率， 请求端运行 Rosenbrock算法 并确定 下一次搜索的波束对；

步骤 12a, 判断 Rosenbrock算法是否终止？ 若是 跳轉至步骤 15a; 否则， 进行下一步；

步骤 13a, 请求端利用反馈信道通知响应端下一次波束编号 同时调整自 身接收波束；

步骤 14a, 响应端依照接收到的波束编号信息， 调整下一次发射波束； 跳 转至步骤 11a;

步骤 15a, 请求端终止波束搜索算法 利用反馈信道通知响应段最优波束 编号；

步骤 16a, 请求端和响應端双方利用最优波束开始通信。

本发明实施例所提供的波束搜索方法假设信道具有互易性情况下，搜索 引擎（算法）可同时运行于接收端和发射端 即同样输入必将产生协同一致的 搜索结果， 从而使接收端与发射端按相同步调在 2-D平面上推进搜索过程 此 时可以无需反馈信令协调两者波束调整动作。在更广泛的应用场景下接收端 与发射端受到的外界干扰功率可能不一致， 此时造成两端搜索结果丧失同步 恶化搜索性能。 因此 也可将搜索引擎（算法）运行于任意一端， 通过反馈信 道将搜索结果发回另一端 以克服噪声不对称情况下的搜索失败。

本发明实施例所提供的波束搜索方法具有以下有益效果：

一、将波束搜索抽象成为一个高维空间（上述实施例是以二维空间为例進 行说明）中寻找全局最优解的问题 该巧妙的数学抽象有利于开发更为高效的 波束搜索算法；

二、在该优化模型建模基础上，发射端与接收端实现了最大限度协同搜索 这种协同机制将无疑提高搜索效率， 缩短搜索时间 这种协同策略由请求端 (Initiator)进行集中控制： Initiator采用相关调喥信令（前导帧）， 将当前决策产 生的下一次期望波束对通知响应端 Responder, Responder依照接收到的调整指 令（其中包含下一次波束编号信息） 将波束对調整至相应波束编号， 以便协 同 Initiator的下一次搜索操作 从而避免盲目的波束编号调整， 从而实现高效 的协同搜索；

三、 采用了优化搜索机制 避免了盲目 （遍历）搜索中多余搜索， 每一步 搜索都对最终的优化解提供一个积极、启发式的推动从而有效缩减搜索复杂 度， 减少开銷（Overhead )并节省消耗能量 相比于现有的波束搜索， 其算法 复杂度得到极大地降低 并缩短了波束对准过程耗时， 这对于低复杂度、低功 耗、 低接入时延的 60GHz应用设备来说 具有积极重要的理论与现实意义； 四、 随着波束数目的增加， 波束赋形技术所带来的有益效果（网络容量的 提升 )将进一步增强 而现有波束搜索所付出的相应代价则严重限制了这种情 况。 而本实施例方法的复杂度近似于 0 ( Klog₂N )的结果 (其中 0表示高阶指 數函数， K为常数 N为天线数目）， 则为这种高精度波束赋形技术提供了必要 前提 以进一步改善 60GHz系统的通信性能。

本发明实施例提供的的波束搜索方案适宜于 60GHz毫米波通信系统中基 于码本空间的波束赋形技术（即波束搜索）， 相比于现有的搜索方案 能显著 降低算法的搜索複杂度， 降低传输包头开销并降低功耗 即便在大码本空间情 形下，现有其他搜索算法因其高复杂度而难以应用时本算法亦可实现高效嘚 波束搜索。 事实上 对于其他采用波束赋形技术系统， 亦可采用本算法来提高 效率 降低该流程的功率消耗； 另一方面， 允许其采用更精细波束 以进一步 改善系统通信性能。

以下结合仿真结果进一步说明本发明实施方法具有显著的有益效果 仿真中 1-D均匀线阵， 波束数目設置为天线数目的两倍（该设置亦主要依 据 IEEE 802.15.3c相关标准的设计思路） 不失一般性， 发射端与接收端的天 线数均为 很明显 针对不同发射-接收天线数目， 搜索算法依然适用 相应 地， 预先设计的波束模式（也即码本空间 )如图 3所示

图 4为本发明实施例波束搜索算法的目标函数示意图，如图 4所示 当且仅 当接收端与发射端波束编号相同时， 其信号接收功率达最大值； 与此同时 目 标搜索函数在接 -发波束编号组成的②维平面上， 具有唯一最优值 图 5为本发 明实施例中 Resenbrock算法的搜索轨迹示意图。 如图 5所示 当随机初始点距 离最优值在一定范围内 （经过 3次細化搜索） ， 利用 Rosenbrock优化搜索算法 即可在有限次数内 发现最优解（即发现最优波束编号组合） 。

图 6为本发明一仿真实施例不同实现下目标朂优功率与实际搜索功率值示 意图 图 7为本发明一仿真实施例不同实现下的搜索次数示意图， 如图所示 本实施例的仿真场景中设多天线數目为 32, 波束数目为 64,搜索空间为 64 x 64 二维波束编号平面。 从 200次搜索实现来看 本搜索算法在绝大多数情况下找 到最优解； 极个别情况下可寻找到與最优解相差不超过 1.5dB次优解 （旨在降 低搜索复杂度） 。 个别搜索次数可超过 40次 但从 200次独立实现来看， 其搜 索次数均值约为 33, 相比于线性穷舉搜索 其搜索复杂度 (波束跟踪时间 )可 降低 50%。 注： 目标最优功率为发射 -接收采用遍历搜索获得的最优波束对所 能提供的该方向最优接收性能 200次独立则分别实现对应于不同随机独立的 天线摆放姿态 （即线阵法线方向 Θ ) 。

图 8为本发明另一仿真实施例不同实现下目标最优功率与實际搜索功率值 示意图 图 9为本发明另一仿真实施例不同实现下的搜索次数示意图， 如图所 示本实施例的仿真场景中多天线数分别为 16和 32,波束数目分别为为 32和 64, 搜索空间为 32 x 64二维波束编号平面。 算法扩展： 当天线数较多的一方运行粗 搜索进程时 阵元数少的一方不再进行进一步細化； 等天线数较多一方完成粗 搜索之后， 运行 Rosenbrock优化搜所算法搜索性能： 搜索性能并未产生太多影 响（与最优波束之间的差减小）； 更主偠的是 搜索次数减少为 27, 相比于波 束数目为 64 x 64的情况， 搜索次数降低 6次

图 10为本发明实施例 Resenbrock搜索算法复杂度示意图， 如图所示 与现 有的穷舉-线性搜索（图中以标号为 "Γ 的曲线）相比， 本实施例算法随着波 束细化及阵元数进一步增加 其搜索性能优势更加明显（图中以标号为 "2" 嘚曲线） 。 当天线数目为 32时 本优化算法相比于线性搜索复杂度降低 50%; 天线数目为 64时， 优化算法搜索复杂度降低 67%; (需注意

本领域普通技术人員可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可 以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存 储介質中 该程序在执行时， 执行包括上述方法实施例的步骤； 而前述的存储 介质包括： ROM、 RAM, 磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质

图 11為本发明一实施例波束搜索处理装置结构示意图，如图 11所示 该波 束搜索处理装置包括第一搜索模块 11和第二搜索模块 12, 其中， 第一搜索模块 11鼡于接收响应端以天线数目 2¹所发射的第一信号 i为自然数， 确定所述第一 信号对应的接收信号功率最大的第一波束对作为当前波束对；重複执行第一搜 索 如果 i达到或大于预定的搜索次数则终止所述第一搜索， 并将所述当前波 束对作为初始解； 所述第一搜索包括： 所述请求端与所述响应端同步更新 i的 数值 接收所述响应端以更新后的天线数目 2¹所发射的第二信号， 根据所述当 前波束对确定所述第二信号对应的接收信号功率最大的第二波束对更新所述 当前波束对为所述第二波束对； 第二搜索模块 12用于重复执行第二搜索，如果 接收到的信号达到預定精度则终止所述第二搜索将所述初始解作为最优波束 对并将所述最优波束对通知所述响应端； 所述第二搜索包括： 所述请求端和所 述响应端将天线数目更新为各自的最大天线数目；所述请求端接收所述响应端 发射的信号， 并根据所述初始解 基于预定算法确定下一次搜索的波束对， 基 于所述下一次搜索的波束对生成一指示通知所述响应端根据所述指示调整下 一次的发射波束， 并更新所述初始解为所述下一次搜索的波束对

本实施例所提供的波束搜索处理装置中，通过第一搜索模块进行粗略搜索 P介段通过第二搜索模块进行精细搜索階段，通过粗略搜索和精细搜索两阶段 将将波束搜索抽象成为一个寻找全局最优解的问题，实现了通信双方的协调搜 索 具备良好的搜索性能， 可显著提升波束搜索的效率 缩短波束搜索所需的 时间和功耗。

进一步地第一搜索模块 11根据当前波束对确定第二信号对应的接收信号 功率最大的第二波束对的操作， 具体可以是第一搜索模块 11遍历 2-D平面上当 前波束对周围的八个波束对获取第二信号对应的接收信号功率最大的第二波 束对。 而且第一搜索模块 11还用于在接收到的信号达到预定精度 则终止第一 搜索， 将当前波束对直接作为最优波束对 並将最优波束对通知所述响应端。 第二搜索模块 12通知响应端根据指示调整下一次的发射波束的操作具体可以 是第二搜索模块 12通过反馈信噵向响应端发送反馈帧，反馈帧至少包括用于指 示波束调整方向的字段 以及用于指示波束调整长度的字段。

本实施例所提供的波束搜索處理装置的详细功能可以参见上述各方法实 施例中请求端的处理流程 此处不再赞述。

本发明实施例提供的波束搜索处理装置通过优化搜索机制 避免了盲目 (遍历）搜索中多余搜索， 每一步搜索都对最终的优化解提供一个积极、 启发 式的推动从而有效缩减搜索复杂度，节渻消耗能量相比于现有的波束搜索， 其算法复杂度得到极大地降低并缩短了波束对准过程耗时，这对于低复杂度、 低功耗、低接入时延的 60GHz应用设备来说具有积极重要的理论与现实意义。

图 12为本发明实施例波束搜索处理系统组成示意图如图 12所示， 该波束 搜索处理系统包括用于进行波束搜索的请求端 1和用于发射信号的响应端 2,其 中 请求端 1包括有上述各波束搜索处理装置实施例所提供的波束搜索处理装 置， 其功能和波束搜索处理流程可以参见上述各实施例 此处不再赘述。 本实施例所提供的波束搜索处理系统中波束搜索处理装置通过粗畧搜索 和精细搜索两阶段，将将波束搜索抽象成为一个寻找全局最优解的问题 实现 了通信双方的协调搜索， 具备良好的搜索性能 可显著提升波束搜索的效率， 缩短波束搜索所需的时间和功耗

最后应说明的是： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限 制； 盡管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明 本领域的普通技术人员 应当理解： 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修妀， 或者对其 中部分技术特征进行等同替换； 而这些修改或者替换 并不使相应技术方案的 本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范圍。