本公开涉及移动通信，尤其涉及一种移动蜂窝通信3d波束自适应寻优方法及装置。
背景技术：
1、相关技术中，新兴的无线通信应用对通信的速率和可靠性要求不断提升，当前4/5g蜂窝通信标准中多天线mimo技术已广泛应用，通过波束成型技术可动态生成高指向性的射频波束，向接收端的特定方位聚集波束能量从而在基站和移动用户之间建立高质量的通信链路，有效弥补通信信号的路径衰减和穿透损失。在实际移动通信场景下，收发机需要根据用户的位置变化，实时快速地调整波束方向与视距(los)路径或较强的非视距(nlos)路径方向相对齐保持通信链路质量，这对于波束空间寻优算法的准确性和实效性都要很高的要求。
2、相关技术中，波束空间寻优算法搜索时间长，赖于准确的先验模型知识和环境特性假设，导致波束寻优效率较低，降低了通信效率。
技术实现思路
1、本公开提供一种移动蜂窝通信3d波束自适应寻优方法、装置及系统，以至少解决相关技术中波束寻优效率较低的问题。本公开的技术方案如下：
2、根据本公开实施例的第一方面，提供一种移动蜂窝通信3d波束自适应寻优方法，包括：
3、构建多输入多输出mimo多径信道模型；
4、将基站的波束发射方向和终端的波束接收方向映射到对应的波束码本中，其中，所述波束码本中包括多个波束码字；
5、构建波束寻优目标函数；
6、在终端波束寻优阶段，以所述波束寻优目标函数达到第一预设性能为目标，在所述波束码本中检索获取目标波束接收方向；
7、在终端波束寻优阶段，以所述波束寻优目标函数达到第二预设性能为目标，在所述波束码本中检索获取目标波束发送方向。
8、可选的，所述mimo多径信道模型中包括：
9、
10、其中，和为终端和基站的阵列响应向量，为第l条路径的终端水平和垂直到达角，为第l条路径的基站水平和垂直发射角，且
11、可选的，所述波束发射方向包括水平发射角和垂直发射角，所述波束接收方向包括水平到达角和垂直到达角。
12、可选的，所述波束码本包括基站波束码本和终端波束码本。
13、可选的，所述波束寻优目标函数为：
14、
15、其中，ui为基站波束码字，vj为终端波束码字，pap为基站的发射功率，u为所述基站波束码本，v为所述终端波束码本，γ为预设性能目标。
16、可选的，所述以所述波束寻优目标函数达到第一预设性能为目标，在所述波束码本中检索获取目标波束接收方向，包括：
17、初始化终端波束寻优算法参数；
18、迭代进行终端波束寻优；
19、输出终端波束码本中的第一目标波束码字，确定所述第一目标波束码字对应的所述目标波束接收方向。
20、可选的，所述初始化终端波束寻优算法参数，包括：
21、设置初始终端波束方向x(0)＝(φ0,θ0)和第1次迭代波束方向x(1)＝(φ1,θ1)；
22、初始化pdd估计设置控制参数μ,λ,ρ,η,σ1,σ2>0；
23、设置所述第一预设性能γut，目标达到标识flag＝0；
24、将基站的波束设置为各向同性模式：
25、
26、并使所述基站持续按照所述同性模式发射波束；
27、找寻所述终端波束码本中距离波束控制方向x(0)和x(1)最近的可用码字编号：
28、
29、
30、令在终端先后执行两次波束接收方向y(0)和y(1)所对应的阵列响应和测量到信号质量γ(0)和γ(1)；
31、如果max(γ(0),γ(1))≥γut，即初始波束方向已到达目标，令flag＝1,终端采取应的波束方向x(0)或x(1)，停止搜索；否则继续搜索；
32、计算δx(1)，δγ(1)，其中，δx(1)＝x(1)-x(0)，δγ(1)＝γ(1)-γ(0)；
33、设置最大迭代次数k,当前迭代轮次k＝2，初始化当前已到达的最优性能值γbest＝0,和相应的波束方向ybest＝[0,0]。
34、可选的，所述迭代进行终端波束寻优，包括：
35、当k≤k且flag＝0时，基于ξ(k)的开销方程(2)，通过最小化更新
36、
37、如果||ξ(k)||＜σ1，令
38、基于x(k)的开销方程(4),通过最小化j(x(k))更新x(k)：
39、
40、对x(k)进行模π运算：x(k)＝mod(x(k),π)
41、找寻所述终端波束码本中距离波束控制方向x(k)＝[φk,θk]最近的可用码字编号：
42、
43、令终端执行波束控制方向y(k)所对应的阵列响应测量接收信号质量γ(k)；
44、如果所述接收信号质量γ(k)≥γbest，γbest←γ(k)，ybest←y(k)；
45、如果所述接收信号质量满足γ(k)≥γut，flag＝1，ysucc←y(k)；否则令flag＝0；
46、更新计算
47、δγ(k)＝γ(k)-γ(k-1)
48、δx(k)＝x(k)-x(k-1)
49、如果||δx(k)||＜σ2,δx(k)＝δx(1)；
50、令k←k+1,并进行循环终止条件判断。
51、可选的，所述输出终端波束码本中的第一目标波束码字，确定所述第一目标波束码字对应的所述目标波束接收方向，包括：
52、确认终端使用的目标波束接收方向：
53、
54、输出执行最终的波束方向所对应的第一目标波束码字
55、可选的，以所述波束寻优目标函数达到第二预设性能为目标，在所述波束码本中检索获取目标波束发送方向，包括：
56、初始化基站波束寻优算法参数；
57、迭代进行基站波束寻优；
58、输出基站波束码本中的第二目标波束码字，确定所述第二目标波束码字对应的所述目标波束接收方向。
59、可选的，所述初始化基站波束寻优算法参数，包括：
60、设置初始基站波束方向x(0)＝(φ0,θ0)和第1次迭代波束方向x(1)＝(φ1,θ1)；
61、初始化pdd估计设置控制参数μ,λ,ρ,η,σ1,σ2>0；
62、设置目标信号质量γap，目标达到标识flag＝0；
63、将终端的波束aut设置为所述目标波束接收方向的波束阵列响应
64、找寻基站波束码本中距离波束控制方向x(0)和x(1)最近的可用码字编号：
65、
66、
67、令在基站先后执行两次波束控制方向y(0)和y(1)所对应的发射阵列响应和终端测量信号质量γ(0)和γ(1)并反馈到基站；
68、如果max(γ(0),γ(1))≥γap，即初始波束方向已到达目标，令flag＝1,基站采取相应的波束方向x(0)或x(1)后停止搜索；否则继续搜索；
69、计算δx(1)，δγ(1)，其中δx(1)＝x(1)-x(0)，δγ(1)＝γ(1)-γ(0)；
70、设置最大迭代次数k,当前迭代轮次k＝2；初始化当前已到达的最优性能值γbest＝0,和相应的波束方向ybest＝[0,0]。
71、可选的，所述迭代进行基站波束寻优，包括：
72、当k≤k且flag＝0时，基于ξ(k)的开销方程，通过最小化更新
73、
74、如果||ξ(k)||＜σ1，
75、基于x(k)的开销方程,通过最小化j(x(k))更新x(k)：
76、
77、对x(k)进行模π运算：x(k)＝mod(x(k),π)
78、找寻所述基站波束码本中,距离波束控制方向x(k)＝[φk,θk]最近的可用码字编号：
79、
80、令在基站执行波束控制方向y(k)所对应的发射阵列响应终端测量接收第二预设性能γ(k)，并反馈到所述基站；
81、如果γ(k)≥γbest，γbest←γ(k)，ybest←y(k)；
82、所述第二预设性能如果满足γ(k)≥γap，flag＝1，ysucc←y(k)；否则令flag＝0；
83、更新计算δγ(k)＝γ(k)-γ(k-1)，δx(k)＝x(k)-x(k-1)；
84、如果||δx(k)||＜σ2,δx(k)＝δx(1)；
85、k←k+1,并进行循环终止条件判断。
86、可选的，所述输出基站波束码本中的第二目标波束码字，确定所述第二目标波束码字对应的所述目标波束接收方向，包括：
87、确认基站使用的波束方向：
88、
89、输出执行最终的波束方向所对应的第二目标波束码字响应
90、根据本公开实施例的第二方面，提供一种移动蜂窝通信3d波束自适应寻优装置，包括：
91、第一建模模块，用于构建多输入多输出mimo多径信道模型；
92、码本映射模块，用于将基站的波束发射方向和终端的波束接收方向映射到对应的波束码本中，其中，所述波束码本中包括多个波束码字；
93、第二建模模块，用于构建波束寻优目标函数；
94、第一寻优模块，用于在终端波束寻优阶段，以所述波束寻优目标函数达到第一预设性能为目标，在所述波束码本中检索获取目标波束接收方向；
95、第二寻优模块，用于在终端波束寻优阶段，以所述波束寻优目标函数达到第二预设性能为目标，在所述波束码本中检索获取目标波束发送方向。
96、根据本公开实施例的第三方面，提供一种电子设备，其特征在于，包括：
97、处理器；
98、用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
99、其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如第一方面中任一项所述的方法。
100、根据本公开实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如第一方面中任一项所述的方法。
101、本公开的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
102、本公开通过将终端波束寻优与基站波束寻优相结合，不需要mimo信道估计和信道先验信息的情况下，发送端和接收端根据实时信号测量值，联合优化调整波束的水平和垂直方向变量。适用于实际3d场景下的双边快速波束对齐，有利于提升波束的指向性、实时性，提升了通信效率。
103、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
1.一种移动蜂窝通信3d波束自适应寻优方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述mimo多径信道模型中包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述波束发射方向包括水平发射角和垂直发射角，所述波束接收方向包括水平到达角和垂直到达角。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述波束码本包括基站波束码本和终端波束码本。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述波束寻优目标函数为：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以所述波束寻优目标函数达到第一预设性能为目标，在所述波束码本中检索获取目标波束接收方向，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述初始化终端波束寻优算法参数，包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述迭代进行终端波束寻优，包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述输出终端波束码本中的第一目标波束码字，确定所述第一目标波束码字对应的所述目标波束接收方向，包括：
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以所述波束寻优目标函数达到第二预设性能为目标，在所述波束码本中检索获取目标波束发送方向，包括：
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述初始化基站波束寻优算法参数，包括：
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述迭代进行基站波束寻优，包括：
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述输出基站波束码本中的第二目标波束码字，确定所述第二目标波束码字对应的所述目标波束接收方向，包括：
14.一种移动蜂窝通信3d波束自适应寻优装置，其特征在于，包括：
15.一种电子设备，其特征在于，包括：
16.一种计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如权利要求1至13中任一项所述的方法。
