CN114554514A - 基于用户分布的5g天线子波束配置方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及基于用户分布的5G天线子波束配置方法及装置。该方法包括：根据获取的用户数据，确定用户分布，用户分布包括高层采样点的分布、低层采样点的分布；根据高层采样点的分布，确定服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案；根据高层波束配置方案、低层采样点的分布，确定服务于低层采样点的分布的低层波束配置方案；根据高层波束配置方案、低层波束配置方案，配置服务于用户分布的5G天线。该方法根据用户设备在基站小区内的分布，优化波束配置方案，以调整天线阵列的覆盖范围，使得通信网络的覆盖性能与业务需求更好地匹配，提高通信网络运营效率。

Description

基于用户分布的5G天线子波束配置方法及装置

技术领域

本申请涉及移动通信领域，特别涉及基于用户分布的5G天线子波束配置方法及装置。

背景技术

广泛应用的大规模天线阵列(Massive Multiple-Input Multiple-Output，Massive MIMO)是第五代(5^th Generation，5G)移动通信的关键技术之一。Massive MIMO通过空间信号隔离，在同一频率资源上同时传输多组信号，对空间资源进行了充分挖掘，有效地提高了***容量、覆盖范围、信噪比和传输效率。

Massive MIMO支持针对各子波束分别独立地调整其配置参数。但具体到每个Massive MIMO基站，在通信网络设计阶段和网络优化阶段，其波束设计主要依赖人工经验。如，工程师在对基站的覆盖场景作出初步的分析判断后，从Massive MIMO设备厂家预置提供的有限数量的方案中选取相对适用的子波束配置方案并部署在基站中应用。

因此，最终基站提供的无线通信小区覆盖的地理位置，或无线通信网络对场景或用户的覆盖性能主要依赖工程师的经验，主观性强，费时、费力、且效果有限，不但难以得到对当前基站适合的子波束配置方案，而且难以充分发挥基站的覆盖性能。

发明内容

鉴于现有技术的以上问题，本申请提供基于用户分布的5G天线子波束配置方法及装置，能够快速、准确、高效地实现网络优化。

第一方面，本申请提供一种基于用户分布的5G天线子波束配置方法，包括：根据获取的用户数据，确定用户分布，用户分布包括高层采样点的分布、低层采样点的分布；根据高层采样点的分布，确定服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案；根据高层波束配置方案、低层采样点的分布，确定服务于低层采样点的分布的低层波束配置方案；根据高层波束配置方案、低层波束配置方案，配置服务于用户分布的5G天线。

以上，根据获取的用户数据，确定包括高层采样点的分布、低层采样点的分布的用户分布。根据高层采样点的分布，确定服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案，其次根据高层波束配置方案、低层采样点的分布，确定服务于低层采样点的分布的低层波束配置方案。最后，根据高层波束配置方案、低层波束配置方案，配置服务于用户分布的5G天线，如，调节天线阵列的水平方位角、倾角。

天线阵列配置完成之后，高层波束配置方案中的高层波束与低层波束配置方案中的低层波束分别相互独立地提供通信服务，实现小区针对当前的用户分布提供的覆盖性能更好，如低层波束覆盖的连续性更好，低层波束与高层波束覆盖的连续性更好，波束之间的干扰更低等。

如此，针对高层采样点的分布和低层采样点的分布，分别确定高层波束配置方案及低层波束配置方案，实现了各高层波束和各低层波束各自的覆盖区域的针对性更强，使得波束配置与用户分布的匹配性更好，提高通信网络的优化效率。根据高层波束配置方案、低层波束配置方案，配置服务于用户分布的5G天线阵列，有利于充分挖掘天线阵列的性能潜力，使得小区提供的通信服务对用户设备更友好。

如此，根据用户设备在基站小区内的分布，优化波束配置方案，调整天线阵列各子波束的覆盖范围，使得通信网络根据真实的通信业务进行调整，使得通信网络的覆盖性能与业务需求更好地匹配，提高通信网络运营效率。

在一些实施例中，根据获取的用户数据，确定用户分布，包括：解析获取的用户数据，用户数据包括由活跃用户在指定时刻上报的采样点数据，采样点数据包括垂直到达角、水平到达角；确定指定时刻位于指定时段内、垂直到达角小于预设的垂直到达角阈值的采样点数据的集合为高层采样点的分布；确定指定时刻位于指定时段内、垂直到达等于或大于预设的垂直到达角阈值的采样点数据的集合为低层采样点的分布。

水平到达角和垂直到达角是从参与通讯的用户设备的角度来描述波束的信号方向。方位角和倾角则是从参与通信的天线阵列的角度来描述波束的信号方向。因为用户设备和天线阵列分别处于波束的信号方向的两端，因此，用户设备的水平到达角的上限值、水平方位角的上限值，与天线阵列的水平方位角、倾角唯一地对应，可以相互转换。

参考上述，将天线阵列的倾角转换为预设的垂直到达角阈值，就可以利用垂直到达角阈值将由活跃用户在指定时刻上报的采样点数据划分到高层采样点的分布或低层采样点的分布，计算方便，准确可靠。

在一些实施例中，根据高层采样点的分布，确定服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案，包括：根据预设的第一垂直到达角范围、预设的第一水平到达角范围，确定服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案，高层波束配置方案中包括至多N个高层波束，N为正整数。

以上，以当前小区对应的天线阵列支持的第一垂直到达角范围及第一水平到达角范围为优化变量的取值范围，以各子波束的中心点为优化变量，以子波束的评分更大、配置方案的综合得分更高为目标，根据运算能力和配置精度，优化服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案。如此，可以充分挖掘天线阵列的性能潜力，根据真实的业务需求，优化当前小区的通信网络的覆盖性能，且速度快、优化结果的可用性好。

在一些实施例中，根据低层采样点的分布，确定服务于低层采样点的分布的低层波束配置方案，包括：根据高层波束配置方案中包括的高层波束的数量M_h及预设的子波束的总数量，确定服务于低层采样点的分布的低层波束配置方案中包括的低层波束的数量M_l；根据预设的第二垂直到达角范围、预设的第二水平到达角范围、低层波束的数量M_l，确定服务于低层采样点的分布的低层波束配置方案。

以上，以当前小区对应的天线阵列支持的第二垂直到达角范围及第二水平到达角范围为优化变量的取值范围，以各子波束的中心点为优化变量，以子波束的评分更大、配置方案的综合得分更高为目标，根据运算能力和配置精度，优化服务于低层采样点的分布的低层波束配置方案。如此，可以充分挖掘天线阵列的性能潜力，根据真实的业务需求，优化当前小区的通信网络的覆盖性能，且速度快、优化结果的可用性好。

在一些实施例中，在配置服务于用户分布的5G天线阵列之前，还包括：在高层波束配置方案中的至少一个高层波束与低层波束配置方案中的任一个低层波束在水平方向不重叠时，调整至少一个高层波束，使得至少一个高层波束与任一个低层波束在水平方向重叠。

以上，在高层波束与低层波束在水平方向不重叠时，通过调整高层波束，使得其与低层波束在水平方向重叠。如此，可以进一步提高小区内各子波束之间的连续性，提高用户在小区的高层波束、低层波束之间移动时，小区向用户提供的通信服务的连续性，使得通信网络对移动的用户设备更友好。

在一些实施例中，确定服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案，包括：从j＝N开始，遍历地生成包括有j个高层波束的高层波束配置方案，其中，j为正整数1≤j≤N；筛选步骤：计算每一个包括j个高层波束的高层波束配置方案中的j个高层波束对应于高层采样点的分布的j个评分；在j个评分中的每一个均不小于预先设定的效能阈值时，确定包括j个高层波束的高层波束配置方案的综合得分；在j个评分中的任一个小于预先设定的效能阈值时，剔除包括j个高层波束的高层波束配置方案；在包括j个高层波束的高层波束配置方案的综合得分小于预先设定的经济性阈值时，剔除包括j个高层波束的高层波束配置方案；从剩余的至少一个包括j个高层波束的高层波束配置方案中，确定综合得分最高的包括j个高层波束的高层波束配置方案为服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案；或在全部的包括j个高层波束的高层波束配置方案都被剔除后，将j的值减少，并遍历地生成包括有j个高层波束的高层波束配置方案，并转到筛选步骤，直到确定出包括至少一个高层波束的高层波束配置方案或确定高层波束配置方案中包括零个高层波束。

以上，在确定服务于高层采样点的高层波束时，为保证经济性，限定任一高层波束的评分不小于预先设定的效能阈值。只有在该子波束的评分不小于预先设定的效能阈值时，设置该子波束才不会导致浪费，才能使得天线阵列发挥出必要的能效。而从包括最大数量的配置方案而不是包括最小数量的配置方案开始遍历地生成、计算评分或综合得分，则是为了避免遗漏生成可能的配置方案，可以充分挖掘天线阵列的性能潜力。如此，使得确定的高层波束配置方案对应的经济性更好，与真实的业务需求的匹配性更好。

在一些实施例中，确定服务于低层采样点的分布的低层波束配置方案，包括：波束带筛选步骤：根据低层波束的数量M_l，遍历地生成在水平方向上占据M_l倍的水平波宽、在垂直方向上占据预设的第二垂直到达角范围的波束带；计算每一个波束带对应于低层采样点的综合得分；确定综合得分最高的波束带为优选波束带；低层波束筛选步骤：拆分优选波束带，得到M_l个在垂直方向上占据预设的第二垂直到达角范围的候选低层波束；针对每一个候选低层波束，确定对应的低层波束，包括：在预设的第二垂直到达角范围内，遍历地生成在垂直方向上占据预设的第三垂直到达角范围的局部子波束，其中，第三垂直到达角范围不大于预设的第二垂直到达角范围；计算每一个局部子波束对应于低层采样点的评分；确定评分最高的局部子波束为低层波束。

以上，在确定服务于低层采样点的M_l个低层波束时，先筛选波束带，再就波束带中的各子波束分别在垂直方向移动，进而筛选出各低层波束。即可以避免遗漏生成可能的配置方案，又可以减少在水平方向和垂直方向共同遍历地生成和筛选时的繁琐计算，计算过程合理，计算量低，优化效果好。如此，可以充分挖掘天线阵列的性能潜力，使得确定的低层波束配置方案对应的经济性更好，与真实的业务需求的匹配性更好。

在一些实施例中，任一个高层波束的水平波宽为预先设定的第一数值、且垂直波宽为预先设定的第二数值；任一个低层波束的水平波宽为预先设定的第一数值、且垂直波宽为预先设定的第二数值。以上，各子波束的水平波宽和垂直波宽为相同的数值，可以提高天线阵列的配置效率，有利于减少波束之间的干扰。

在一些实施例中，M_l个低层波束在水平方向上依次相邻且不重叠。如此，可以保证小区内各子波束之间的连续性，提高用户在小区的低层波束之间移动时，小区向用户提供的通信服务的连续性，使得通信网络对移动的用户设备更友好。

第二方面，本申请提供一种基于用户分布的5G天线子波束配置装置，包括：用户分布确定模块，用于根据获取的用户数据，确定用户分布，用户分布包括高层采样点的分布、低层采样点的分布；高层波束确定模块，用于根据高层采样点的分布，确定服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案；低层波束确定模块，用于根据高层波束配置方案、低层采样点的分布，确定服务于低层采样点的分布的低层波束配置方案；天线阵列配置模块，用于根据高层波束配置方案、低层波束配置方案，配置服务于用户分布的5G天线阵列。

本申请提供的基于用户分布的5G天线子波束配置方法及装置，根据用户设备在基站小区内的分布，优化波束配置方案，调整天线阵列各子波束的覆盖范围，使得通信网络根据真实的通信业务进行调整，使得通信网络的覆盖性能与业务需求更好地匹配，提高通信网络运营效率。

本申请的这些和其它方面在以下(多个)实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

以下参照附图来进一步说明本申请的各个特征和各个特征之间的联系。附图均为示例性的，一些特征并不以实际比例示出，并且一些附图中可能省略了本申请所涉及领域的惯常的且对于本申请非必要的特征，或是额外示出了对于本申请非必要的特征，附图所示的各个特征的组合并不用以限制本申请。另外，在本说明书全文中，相同的附图标记所指代的内容也是相同的。具体地附图说明如下：

图1为基于用户分布确定天线子波束配置方案的方法的流程示意图；

图2为基于用户分布确定天线子波束配置方案的装置的组成示意图；

图3A为多个子波束相邻、重叠及采样点属于子波束的示意图；

图3B为子波束的半波角范围、覆盖区域的示意图；

图3C为多个子波束的半波角范围、及配置方案的覆盖区域的示意图；

图4A为本申请实施例的小区的用户分布的示意图；

图4B为根据本申请实施例的小区的用户分布优化得到的高层波束的示意图；

图4C为根据本申请实施例的小区的用户分布优化得到的低层波束的一个示意图；

图4D为根据本申请实施例的小区的用户分布优化得到的低层波束的另一个示意图。

具体实施方式

为了准确地对本申请中的技术内容进行叙述，以及为了准确地理解本申请，在对具体实施方式进行说明之前先对本说明书中所使用的术语给出如下的解释说明或定义。

在室外收发无线信号的公用移动通信基站(以下简称基站)，通常设置有天线阵列、无线收发装置。在其覆盖的通信区域中，基站与数量众多的移动或固定无线接收机(如各种智能终端设备，以下称用户设备，User Equipment，UE)通信连接并交互信息，向用户设备提供移动通信服务。

用户设备UE定期向基站上报的***测量信息中包括到达角(Angle Of Arrival，AOA)数据对，如，水平到达角(horizontal AOA，hAOA)，垂直到达角(vertical AOA，vAOA)。

在本申请中，基站可以是GSM或CDMA中的基站(Base Transceiver Station，简称为“BTS”)，也可以是WCDMA中的基站(Node B，简称为“NB”)，还可以是LTE中的演进型基站(Evolved Node B，简称为“ENB或e-Node B”)，本申请并不限定，但为描述方便，下述实施例将以ENB为例进行说明。

通常，5G基站设置有很多副天线阵列，组成Massive MIMO。5G基站在同一个频段上，通常设置3个小区，每个小区具有唯一的小区标识。各小区分别针对一个规划好的地理范围，借助面天线阵列为该地理范围内的用户设备提供无线通信业务。小区通过配置面天线阵列中各天线的角度，配置有最多8个子波束信号。这8个子波束信号分别对该地理范围内的不同用户设备实现充分覆盖、部分覆盖或无覆盖。

天线角度通常指天线分别与正北和水平方向形成的夹角，分别为水平方位角与倾角。可通过调整或配置定向天线阵列的水平方位角和倾角来调整天线收发的信号的覆盖范围。通常用子波束来量化地描述天线的覆盖范围，如采用半功率波束宽度(Half-PowerBeam Width,HPBW)，也即3dB波束宽度来描述天线的覆盖范围。在用子波束来量化地描述天线的覆盖范围时，使用以天线物理方位角为0度基准来计算相对方位角，来替换使用以正北方向为0度来计算绝对方位角，更直观、更容易理解各子波束的覆盖范围。

用于描述小区的子波束信号的参数包括：中心点的水平到达角、垂直到达角、水平波宽(Beam Width)、垂直波宽、水平半波角、垂直半波角等。如，子波束的主瓣在水平方向(也即平行于地面的方向)的投影的张角为水平波宽。波束的主瓣在垂直方向(也即垂直于地面的方向)的投影的张角为垂直波宽。配置5G天线阵列时，设定各子波束的中心点、水平波宽、垂直波宽等参数后，就可以确定出该子波束信号的覆盖区域。这里，用于描述小区的子波束信号的角度参数分别使用天线自身的物理角度为0度基准，也即所使用的角度基准分别为天线自身的物理的水平角度和垂直角度。

如图3A所示，在平面直角坐标系内，采用居中的子波束H2V1的中心点的到达角数据对(chAOA，cvAOA)、水平波宽hw、垂直波宽vw来描述子波束H2V1的覆盖区域。如，可以确定子波束H2V1的覆盖区域的4个顶点的到达角数据对为(chAOA±1/2*hw，vAOA±1/2*vw)；可以确定子波束H2V1的水平半波角为1/2*hw、垂直半波角为1/2*vw。其他子波束的覆盖区域参照确定，不再赘述。

水平到达角和垂直到达角是从参与通讯的用户设备的角度来描述波束的信号方向。水平方位角和倾角则是从参与通信的天线阵列的角度来描述波束的信号方向。因为用户设备和天线阵列分别处于波束的信号方向的两端，因此，在波束的边缘处，用户设备的水平到达角与水平方位角，以及天线阵列的倾角垂直到达角唯一地对应，可以相互转换。如，将天线阵列的倾角转换为对应的垂直到达角，将天线阵列的水平方位角转换为对应的水平到达角。如，将网络优化后确定的子波束的中心点的垂直到达角、水平到达角、水平波宽和垂直波宽，转换为天线阵列的倾角、水平方位角，并配置天线阵列。

用户设备设置有多个天线，分别接收来自不同基站或同一个基站的不同小区的子波束发送的信号、同一个小区的不同子波束发送的信号或同一个小区的相同子波束发送的信号。用户设备在访问通信网络时，会根据预设算法选择最强的信号进行通信。用户设备访问通信网络时，处于活跃状态，周期性地获取到达角数据对。用户设备不访问通信网络时，如果确定处于不活跃状态，则不会周期性地获取到达角数据对。

通常，在通信网络设计阶段，针对小区确定的覆盖场景通常是从已知的简单的覆盖场景的类型中粗略地选择一个类型。如，可能的覆盖场景的类型包括：高校、商业区、居民小区等。通信网络建设结束后，建成的5G基站的覆盖性能通常是5G天线阵列出厂时已经预先确定的。通信网络进入运营之后，也就进入了网络优化阶段。在网络优化阶段，可以根据运营中获取的业务数据，更加细致地区分小区的覆盖场景，并通过优化天线阵列的子波束配置方案，更好地满足小区的覆盖需求，实现小区对用户及业务更好的覆盖性能。

移动通信的用户天然地具有移动属性。在自然日的不同时段，也即，一天当中，通常人们会因为生活、工作、学习等不同的需求，处于不同的活动场所。在不同的活动场所，由其活动场所附近位置固定设置的基站向其提供通信业务。以及，在从一个活动场所移动到另一个活动场所的过程中，也由固定设置在不同位置的基站向其提供通信业务。

相应地，对于固定设置的任一个基站而言，在自然日的不同时段，在其所覆盖的地理区域内，需要由其提供服务的用户的数量、用户的位置是动态变化的。即使针对同一用户，其信号覆盖的强度也可能是随时间、用户的具***置而动态变化的。

另外，针对固定设置的任一个基站，其通信网络覆盖有多个小区。每个小区包括有多个子波束，分别定向地小区内的用户提供无线通信服务。在自然日的不同时段，小区内的用户设备的数量和用户设备在各子波束内的聚集性是变化的，在针对小区做网络优化时，可以针对各时段分别生成波束配置方案。

通常，小区内的用户分布具有潮汐性变化属性。如某一个小区服务的地理范围内，左边是一栋居民楼，右边是一栋写字楼。早上8点前，居民楼内用户密集，写字楼内的用户稀疏。白天8～17点时段，居民楼内用户很少，写字楼内用户密集。下午17点之后的时段，居民楼内用户密集，写字楼用户较少。

如图1所示，本申请实施例的基于用户分布的5G天线子波束配置方法，包括以下步骤：

S110：根据获取的用户数据，确定用户分布，用户分布包括高层采样点的分布、低层采样点的分布；

S120：根据高层采样点的分布，确定服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案；

S130：根据高层波束配置方案、低层采样点的分布，确定服务于低层采样点的分布的低层波束配置方案；

S140：根据高层波束配置方案、低层波束配置方案，配置服务于用户分布的5G天线阵列。

以上，根据获取的目标小区的用户数据，确定包括高层采样点的分布、低层采样点的分布的用户分布。根据高层采样点的分布，确定服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案，根据高层波束配置方案、低层采样点的分布，确定服务于低层采样点的分布的低层波束配置方案。最后，根据高层波束配置方案、低层波束配置方案，配置服务于用户分布的5G天线阵列。

如此，将获取的用户数据处理为高层采样点的分布和低层采样点的分布，并分别确定服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案和服务于低层采样点的分布的低层波束配置方案，实现了针对高层采样点和低层采样点分别配置对应的子波束，更精准地实现了定向覆盖，覆盖性能更好。而根据优化的配置方案，配置服务于用户分布的天线阵列，则可以充分挖掘天线阵列的性能潜力，提高通信网络的优化效率。

如此，根据用户设备在目标小区内的分布来优化波束配置方案，调整天线阵列各子波束的覆盖范围，实现了根据真实的通信业务数据调整通信网络覆盖区域，使得通信网络的覆盖性能与业务需求更好地匹配，提高了通信网络运营效率。

在一些实施例中，步骤S110，具体包括：解析获取的用户数据，用户数据包括由活跃用户在指定时刻上报的采样点数据，采样点数据包括垂直到达角、水平到达角；确定指定时刻位于指定时段内、垂直到达角小于预设的垂直到达角阈值的采样点数据的集合为高层采样点的分布；确定指定时刻位于指定时段内、垂直到达等于或大于预设的垂直到达角阈值的采样点数据的集合为低层采样点的分布。

以上，确定高层采样点的分布和确定低层采样点的分布的顺序可以互换，不会影响对应的技术效果。

以上，获取的用户数据可以是MRO数据。相邻的两个指定时刻之间的时间间隔可以为5s，或其他数值。指定时段可以为自然日内的一个小时，或若干小时，根据网络优化任务的精细程度、计算能力或用户需求灵活地确定。

通常，将位于天线阵列的架设高度之上的用户设备划分为高层采样点，而位于天线阵列的架设高度之上的用户设备周期性地获取的垂直到达角为正数值；将位于天线阵列的架设高度之下、地面以上的用户设备划分为低层采样点，而位于天线阵列的架设高度之下、地面以上的用户设备周期性地获取的垂直到达角为负数值。

因此，可以根据预设的垂直到达角阈值、各采样点数据中的垂直到达角，将用户数据划分为高层采数据划分为高层采样点的分布和低层采样点的分布。

如此，根据预设的垂直到达角阈值可以快速地将获取的用户数据互斥地划分为高层采样点的分布和低层采样点的分布，计算方便，准确可靠。

在一些实施例中，还可以统计获取的用户数据中垂直到达角的范围、水平到达角的范围，并作为业务覆盖区域在后续步骤中使用。如，确定的业务覆盖区域中，水平到达角的范围为(-45°，+55°)；垂直到达角的范围为(-8°，15°)；

在一些实施例中，步骤S120，具体包括：根据预设的第一垂直到达角范围、预设的第一水平到达角范围，确定服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案，高层波束配置方案中包括至多N个高层波束，N为正整数。

通常，天线阵列可以支持的子波束的总数量是固定不变的，也即，高层波束的数量与低层波束的数量之和为固定值。为保证对高层采样点和低层采样点都有较好的信号强度，通常，在子波束的总数量为8时，配置的高层波束的数量不多于2个，而配置的低层波束的数量不少于6个。

通常，通信网络规划阶段会根据天线阵列的性能为目标小区配置一个额定覆盖区域，或下述的背景覆盖区域。针对三小区的配置模式，各小区的天线阵列张成的子波束信号到达用户设备时，用户设备获取到的水平到达角的范围最多为120通。

参照前述说明，采用相对数值来表示目标小区的额定覆盖区域的水平到达角的最大值和最小值。如，目标小区的额定覆盖区域的水平到达角的最小值为-55°、最大值为+55°，这时，小区内各子波束的中心点的水平到达角分别大于该最小值，且小于该最大值。相似地，采用相对数值来表示目标小区的额定覆盖区域的垂直到达角的最大值和最小值。如，目标小区的额定覆盖区域的垂直到达角的最小值为-12°、最大值为8°，这时，小区内各子波束的中心点的垂直到达角分别大于该最小值，且小于该最大值。

以上，预设的第一垂直到达角范围、预设的第一水平到达角范围，可以根据目标小区的背景覆盖区域和前述的业务覆盖区域来综合地确定，如，预设的第一垂直到达角范围为该背景覆盖区域在垂直方向上、针对高层用户的取值范围，如(-8°，18°)，预设的第一水平到达角范围为该背景覆盖区域在水平方向上的取值范围，如(-50°，50°)。

在一些实施例中，步骤S130，具体包括：根据高层波束配置方案中包括的高层波束的数量M_h及预设的子波束的总数量，确定服务于低层采样点的分布的低层波束配置方案中包括的低层波束的数量M_l；根据预设的第二垂直到达角范围、预设的第二水平到达角范围、低层波束的数量M_l，确定服务于低层采样点的分布的低层波束配置方案。

参考前述，高层波束的数量与低层波束的数量之和，也即子波束的总数量是固定不变的。在确定了高层波束的数量M_h之后，就可以方便地将预设的子波束的总数量与高层波束的数量M_h做减法，得到低层波束的数量M_l。

以上，预设的第二垂直到达角范围、预设的第二水平到达角范围，可以根据目标小区的背景覆盖区域和前述的业务覆盖区域来综合地确定，如，预设的第二垂直到达角范围为该背景覆盖区域在垂直方向上、针对低层用户的取值范围，如(1°，17°)，预设的第二水平到达角范围为该背景覆盖区域在水平方向上的取值范围，如(-50°，50°)。

在一些实施例中，在配置服务于用户分布的5G天线阵列之前，还包括：在高层波束配置方案中的至少一个高层波束与低层波束配置方案中的任一个低层波束在水平方向不重叠时，调整至少一个高层波束，使得至少一个高层波束与任一个低层波束在水平方向重叠。

通常，用户在小区内子波束之间的移动概率大致满足以下关系：用户在低层波束之间移动的概率>用户在低层波束与高层波束之间移动的概率>用户在高层波束之间移动的概率。如，为了从一个高层波束Y1移动到另一个高层波束Y2，用户设备在小区内的子波束之间的移动模式大致为：从高层波束Y1移动到低层波束X1，从低层波束X1移动到另一个低层波束X2，再从低层波束X2移动到高层波束Y2。这时，高层波束Y1与低层波束X1在水平方向上对应；高层波束Y2与低层波束X2在水平方向上对应。高层波束Y1与高层波束Y2在垂直方向上大致相当；低层波束X1与低层波束X2在垂直方向上大致相当。因此，在确定高层波束配置方案时，通常不要求高层波束在水平方向上连续；在确定低层波束配置方案时，则要求低层波束在水平方向上连续。

参考以上说明，为实现用户移动时的连续覆盖，服务于用户分布的5G天线阵列张成的高层波束与低层波束在水平方向上应该尽量重叠。以及，高层波束和低层波束是相互独立地分别确定的，不一定可以实现高层波束和低层波束之间的连续覆盖。为此，在高层波束配置方案中的至少一个高层波束与低层波束配置方案中的任一个低层波束在水平方向不重叠时，调整至少一个高层波束，使得至少一个高层波束与任一个低层波束在水平方向重叠。

这里，高层波束与低层波束在水平方向重叠，是指高层波束的中心点的水平到达角与低层波束的中心点的水平到达角相等或近似相等(考虑到角度的量化误差或计算误差等)。

这里，因为高层波束的数量少于低层波束的数量，因此，高层波束在调整时，可以朝向多个低层波束中的任一个去调整，但是，朝向相距更近的低层波束的方向调整，可以效率更高。

以及，如果高层波束配置方案中包括有两个高层波束，在调整高层波束时，需要保证调整之后，两个高层波束在水平方向上不重叠，以避免子波束之间的相互干扰。以及，在调整高层波束时，是在水平方向上移动高层波束，以与最接近的低层波束在水平方向上重叠，并不在垂直方向上调整高层波束。

在确定服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案时，需要考虑的因素包括：设置高层波束的必要性及经济性。为了避免浪费波束资源，首先对配置高层波束的必要性进行判断。在高层采样点的分布对应的采样点的数量在用户数据对应的采样点的总数量中的占比大于预设的阈值时，可以判断设置高层波束是必要的。但是，如果高层采样点的分布在背景覆盖区域中或业务覆盖区域中的分布过于分散、聚集性过小，则会发生在配置的高层波束所覆盖的区域内，活跃的用户设备偏少，导致该高层波束的效能过低，也即经济性偏低的情形。在实施网络优化时，为保证小区内子波束配置的经济性，会选择取消该经济性偏低的高层波束，也即，不设置该高层波束。

在一些实施例中，确定服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案，包括：从j＝N开始，遍历地生成包括有j个高层波束的高层波束配置方案，其中，j为正整数1≤j≤N；筛选步骤：计算每一个包括j个高层波束的高层波束配置方案中的j个高层波束对应于高层采样点的分布的j个评分；在j个评分中的每一个均不小于预先设定的效能阈值时，确定包括j个高层波束的高层波束配置方案的综合得分；在j个评分中的任一个小于预先设定的效能阈值时，剔除该包括j个高层波束的高层波束配置方案；在包括j个高层波束的高层波束配置方案的综合得分小于预先设定的经济性阈值时，剔除包括j个高层波束的高层波束配置方案；从剩余的至少一个包括j个高层波束的高层波束配置方案中，确定综合得分最高的包括j个高层波束的高层波束配置方案为服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案；或在全部的包括j个高层波束的高层波束配置方案都被剔除后，将j的值减少，并遍历地生成包括有j个高层波束的高层波束配置方案，并转到筛选步骤，直到确定出包括至少一个高层波束的高层波束配置方案或确定高层波束配置方案中包括零个高层波束。

参考以上说明，高层波束配置方案中包括至多N个高层波束，本着不疏漏高层采样点、不浪费子波束资源的原则，从最多可配置的高层波束的数量开始搜索覆盖性能更好的高层波束配置方案。与从最少可配置的高层波束的数量开始搜索相比，尽管增加了计算量，但是可以使得配置方案的经济性更好，并充分挖掘天线阵列的性能潜力，因此，必要且关键。

以上，执行内循环和外循环两层循环，并计算高层波束的评分和方案的综合得分。在外循环，以1为步长，递减地调整配置方案中高层波束的数量j。在内循环，对生成的每一个包括有j个高层波束的配置方案中的各高层波束，计算各高层波束的评分。在全部的高层波束的评分都大于预先设定的效能阈值时，判断该包括有j个高层波束的配置方案是必要的。随后，计算该必要的配置方案的综合得分。在该必要的配置方案的综合得分大于预先设定的经济性阈值时，判断该必要、包括有j个高层波束的配置方案是经济的。至此，可以确定出一个包括有j个高层波束的配置方案。

以上，在全部的高层波束的评分都不大于预先设定的效能阈值时，判断该包括有j个高层波束的配置方案是不必要的，并剔除该不必要的配置方案。

以上，在必要的配置方案的综合得分不大于预先设定的经济性阈值时，判断该包括有j个高层波束的配置方案是不经济的，并剔除该不经济的配置方案。

在一个外循环中，可以包括很多轮次的内循环。这是因为，为了避免疏漏可能的最优方案，在预设的第一垂直到达角范围、预设的第一水平到达角范围，以预设的水平到达角间隔为水平方向上的步长、且以预设的垂直到达角间隔为垂直方向的步长，遍历地生成全部可能的配置方案，并逐一进行必要性和经济性判断。这时，如果高层波束配置方案中包括有两个高层波束，则生成这两个高层波束时，需要限制这两个高层波束在水平方向上不重叠，以避免波束之间的相互干扰。

因此，经过前述各轮次的内循环之后，可能确定出多个既必要又经济、包括有j个高层波束的配置方案，这时，就确定综合得分最高的包括j个高层波束的高层波束配置方案为服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案。

又或者，经过前述各轮次的该组内循环之后，可能确定出一个既必要又经济、包括有j个高层波束的配置方案，这时，就确定该包括j个高层波束的高层波束配置方案为服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案。

又或者，经过前述各轮次的内循环之后，确定全部的包括j个高层波束的高层波束配置方案或者不必要，或者不经济。这时，重新开始一个轮次的外循环。也即，将j的数值减1，转入另一组执行很多轮次的内循环，重复以上筛选既必要又经济的包括有j个高层波束的配置方案，直到j减少到为0为止。如此，在子波束的总数量为8时，最终确定的高层波束配置方案中，高层波束的数量可以是零个、1个或2个。确定的高层波束的水平波宽为预先设定的数值，垂直波宽为预先设定的数值。

以上，在计算任一高层波束的评分时，如图3B所示，若某高层采样点的到达角数据对落入到了左斜线标识出的A区，则确定该高层采样点由该高层波束充分覆盖，该高层采样点对应地为该子波束的绝对评分增加1分。若某高层采样点的到达角数据对落入到了该高层波束的半波角范围之外的预设的范围之内时，如竖直线标识出的B区，则确定该高层采样点由该高层波束部分覆盖，该高层采样点对应地为该高层波束的绝对评分增加0.5分。若某高层采样点的到达角数据对没有落入到该高层波束的半波角范围之外的预设的范围之内且没有落入到该高层波束的半波角范围之内时，如密点标识出的C区，则确定该高层波束对该高层采样点无覆盖，该高层采样点对应地为该高层波束的绝对评分增加0分。如此，该绝对评分对子波束覆盖性能的区分度明显，便于实施。参考以上说明，针对全部的高层采样点，分别确定对应地为高层波束的绝对评分增加的数值并累加后得到高层波束的绝对评分。随后，将高层波束的绝对评分进行归一化处理，也即，将高层波束的绝对评分与用户数据对应的采样点的总数量做除法，得到的商作为高层波束的相对评分。

以上，在高层波束的相对评分不小于预先设定的效能阈值时，判断设置该高层波束是必要的；以及，在高层波束的相对评分小于预先设定的效能阈值时，判断设置该高层波束是不必要的。如此，可以指示该高层波束最多可以服务的用户设备的数量在全部的用户设备的总数量中的占比是否满足的一个合理的下限，因此，是合理且方便实施的。

以上，在计算任一高层波束配置方案的综合得分时，以如图3C所示的配置方案为例。该配置方案中包括2个在水平方向上相邻的高层波束，其中，左侧高层波束的充分覆盖区域为A1区，部分覆盖区域为B1区，无覆盖区域为C1区域、C2区域；右侧高层波束的充分覆盖区域为A2区，部分覆盖区域为B2区，无覆盖区域为C1区域、CE2区域。这时，采样点U2在B1区，对应地为左侧高层波束的绝对评分增加0.5分；采样点U3在B2区，并对应地为右侧高层波束的绝对评分增加0.5分；采样点U1在A1区，对应地为左侧高层波束的绝对评分增加1分；采样点U1也在B2区，并对应地为右侧高层波束的绝对评分增加0.5分。

在针对配置方案计算综合得分时，某高层采样点对应地为配置方案的绝对综合得分增加的数值，为1分、0.5分或0分中的一个，如，取该高层采样点对应地为至少一个高层波束的绝对评分增加的数值中的最大值。参考以上说明，这时，采样点U1对应地为该配置方案的绝对综合得分增加的数值为1分，也即1分和0.5分中的最大值。如此，该绝对综合得分对配置方案覆盖性能的区分度明显，便于实施。

参考以上说明，针对全部的高层采样点，分别确定对应地为配置方案的绝对综合得分增加的数值并累加后得到该配置方案的绝对综合得分。随后，将配置方案的绝对综合得分进行归一化处理，也即，将配置方案的绝对综合得分与用户数据对应的采样点的总数量做除法，得到的商作为配置方案的相对综合得分。

随后，在配置方案的相对综合得分不小于预先设定的经济性阈值时，判断设置该配置方案是经济的；以及，在配置方案的相对综合得分小于预先设定的经济性阈值时，判断设置该配置方案是不经济的。如此，可以指示该配置方案可以服务的用户设备的分散程度或聚集程度是否满足的一个合理的下限，因此，是合理且方便实施的。

在确定服务于低层采样点的分布的低层波束配置方案时，需要考虑的因素包括：低层波束在水平方向的连续性、各低层波束在垂直方向上的覆盖性能。为了对数量上占比最大、访问通信网络的概率更高的低层用户设备更完整的覆盖，通常在水平方向上整体地选择指定宽度的波束带来实现。在垂直方向上，也需要根据用户设备的分布，筛选对用户设备覆盖性能更好的低层波束。

在一些实施例中，确定服务于低层采样点的分布的低层波束配置方案，包括：波束带筛选步骤：根据低层波束的数量M_l，遍历地生成在水平方向上占据M_l倍的水平波宽、在垂直方向上占据预设的第二垂直到达角范围的波束带；计算每一个波束带对应于低层采样点的综合得分；确定综合得分最高的波束带为优选波束带；低层波束筛选步骤：拆分优选波束带，得到M_l个在垂直方向上占据预设的第二垂直到达角范围的候选低层波束；针对每一个候选低层波束，确定对应的低层波束，包括：在预设的第二垂直到达角范围内，遍历地生成在垂直方向上占据预设的第三垂直到达角范围的局部子波束，其中，第三垂直到达角范围不大于预设的第二垂直到达角范围；计算每一个局部子波束对应于低层采样点的评分；确定评分最高的局部子波束为低层波束。

参考以上说明，本着连续覆盖原则，任一低层波束配置方案中固定地包括有M_l个低层波束，这M_l个低层波束在水平方向上相邻且不重叠。为节省运算量，将水平方向上的筛选和垂直方向上的筛选解耦，先在水平方向上筛选得到波束带，再在垂直方向上筛选得到各低层波束。如此，可以避免遗漏生成可能的配置方案，又可以减少在水平方向和垂直方向共同遍历地生成和筛选时的繁琐计算，计算过程合理，计算量低，优化效果好。如此，可以充分挖掘天线阵列的性能潜力，使得确定的低层波束配置方案对应的经济性更好，与真实的业务需求的匹配性更好。

以上，先后执行两组遍历地生成和筛选，并计算各波束带的综合得分和各子波束的评分。如，在水平方向上遍历地生成和筛选波束带时，计算各波束带的综合得分。就优选波束带在垂直方向上遍历地生成和筛选局部子波束时，计算各局部子波束的评分。

在水平方向上遍历地生成各波束带，包括：在预设的第一垂直到达角范围内，以预设的水平到达角间隔为水平方向上的步长，遍历地生成在水平方向上占据M_l倍的水平波宽的波束带，并就生成的波束带逐一计算其对应的综合得分。

计算任一波束带的综合得分时，可以参照前述高层波束配置方案的综合得分的计算方法。在针对波束带计算综合得分时，某低层采样点对应地为波束带的绝对综合得分增加的数值，为1分、0.5分或0分中的一个，如，取该低层采样点对应地为至少一个低层波束的绝对评分增加的数值中的最大值。参考以上说明，这时，采样点U1对应地为该波束带的绝对综合得分增加的数值为1分，也即1分和0.5分中的最大值。如此，该绝对综合得分对波束带覆盖性能的区分度明显，便于实施。

参考以上说明，针对全部的低层采样点，分别确定对应地为波束带的绝对综合得分增加的数值并累加后得到该波束带的绝对综合得分。随后，将波束带的绝对综合得分进行归一化处理，也即，将波束带的绝对综合得分与用户数据对应的采样点的总数量做除法，得到的商作为波束带的相对综合得分。

以上，并未累积地计算同一个采样点在相邻的不同波束内的评分，这是因为，波束的整体评分是对整个小区覆盖下所有用户的覆盖效果评分；每个采样点的权重是相同的；并且每个采样点在同一时刻只会占用一个波束的信号，所以只需要提取并计算每个采样点在多个波束内的最高评分即可。

随后，在水平方向上遍历地生成的各波束带中，确定相对综合得分最高的波束带为优选波束带。这时，优选波束带包括M_l个低层波束，这M_l个低层波束在水平方向上相邻且不重叠，每一个低层波束的水平波宽相等，每一个低层波束在垂直方向上占据预设的第二垂直到达角范围。

随后，将该优选波束带拆分为M_l个在垂直方向上占据预设的第二垂直到达角范围的候选低层波束。在垂直方向上就M_l个候选低层波束，分别遍历地生成局部子波束，包括：在预设的第二垂直到达角范围内，以预设的垂直到达角间隔为垂直方向上的步长，遍历地生成在垂直方向上占据预设的第三垂直到达角范围的局部子波束，并就生成的局部子波束逐一计算其对应的评分。

计算任一局部子波束的评分时，可以参照前述高层波束的评分的计算方法。这时，可以认为图3B中示出的子波束为局部子波束。若某低层采样点的到达角数据对落入到了左斜线标识出的A区，则确定该低层采样点由该局部子波束充分覆盖，该低层采样点对应地为该局部子波束的绝对评分增加1分。若某低层采样点的到达角数据对落入到了该局部子波束的半波角范围之外的预设的范围之内时，如竖直线标识出的B区，则确定该低层采样点由该局部子波束部分覆盖，该低层采样点对应地为该局部子波束的绝对评分增加0.5分。若某低层采样点的到达角数据对没有落入到该局部子波束的半波角范围之外的预设的范围之内且没有落入到该局部子波束的半波角范围之内时，如密点标识出的C区，则确定该局部子波束对该低层采样点无覆盖，该低层采样点对应地为该局部子波束的绝对评分增加0分。如此，该绝对评分对局部子波束覆盖性能的区分度明显，便于实施。

参考以上说明，针对全部的低层采样点，分别确定对应地为局部子波束的绝对评分增加的数值并累加后得到局部子波束的绝对评分。随后，将局部子波束的绝对评分进行归一化处理，也即，将局部子波束的绝对评分与用户数据对应的采样点的总数量做除法，得到的商作为局部子波束的相对评分。

随后，在水平方向上遍历地生成的各局部子波束中，确定相对评分最高的局部子波束为低层波束。这时，低层波束具有预设的水平波宽，在垂直方向上占据预设的第三垂直到达角范围。

最终，针对M_l个候选低层波束，对应地得到M_l个水平波宽相等的低层波束，这M_l个低层波束在水平方向上相邻，相邻的两个低层波束在垂直方向上重叠或不重叠，也即有间隔或无间隔。

本申请实施例基于用户分布的5G天线子波束配置方法，根据基站小区内用户设备的分布，生成优化的波束配置方案，以调整天线阵列各子波束的覆盖范围，使得通信网络根据真实的通信业务进行调整，使得通信网络的覆盖性能与业务需求更好地匹配，提高通信网络运营效率。

该基于用户分布的5G天线子波束配置方法，根据小区在指定时段内对应的MRO数据，优化覆盖该小区的多个子波束的配置方案并配置5G天线阵列，更好地满足小区的覆盖需求，实现小区对用户及业务更好的覆盖性能。还可以参照地对该小区其他的指定时段进行子波束配置方案优化，或者，针对基站内的其他小区在不同的指定时段进行优化，不再赘述。

该基于用户分布的5G天线子波束配置方法，可以针对小区内用户分布的潮汐性变化属性，使用较小的时间粒度，如以1小时为最小时间粒度，分时段来计算用户分布并优化波束配置方案，为不同时段的覆盖场景分别提供灵活的子波束配置方案，可以较好地适应小区内用户分布的潮汐性变化属性，解决依赖人工经验实施网络优化时存在的实时性差、精准性差、精度不高的问题。通过依次执行各时段对应的子波束配置方案，实现了波束智能寻优，使得小区能够根据业务动态调整通信网络，实现网随业动，提高通信网络的经济性能或运营性能。

在一些实施例中，将一个自然天中的24小时划分为多个时段，针对每一个时段，分别提取业务数据中的用户数据，确定用户分布，如，用户设备的到达角的聚集特征；并就各时段的用户分布，分别搜索优化的子波束配置方案。如此，实现了从时间维度上，分时段优化服务于用户分布的子波束配置方案并配置5G天线阵列，精细化地对接小区的覆盖场景，充分挖掘出天线阵列的覆盖性能。

如，基于基站获取的用户数据(如连续的多天、连续的多个星期，甚至连续的多个自然月)，采用前述的方法执行网络优化，确定对应各指定时段的综合得分最高的子波束配置方案。自然地，指定时段的长度，可以是最小时间粒度的整倍数，如，每一个小时为最小时间粒度时，指定时段的长度可以是1至12，也可以是24，也即，不大于24且为24的因数。但，调整过于频繁时，对于改善覆盖场景的贡献并不大。如是否需要每一小时配置一次5G天线阵列，需要综合评估后确定。

通常，执行网络优化之后，新生成的优化的子波束配置方案会与优化时应用的用户数据或业务情况比较匹配。而在业务情况发生显著变化之后，可以触发执行新一轮的网络优化。如，在一些实施例中，按照优化的第一组波束配置方案运营通信网络，如，按照第一组波束配置方案分别在各指定时段配置天线阵列，以更新子波束的数量和各子波束的参数。如此，持续运行一段时期之后，可以根据获取的新的用户数据评价第一组波束配置方案的优化效果，也可以再次执行网络优化，并生成第二组波束配置方案，并按照该第二组波束配置方案运行通信网络，以及在后续继续执行多次迭代，不再赘述。

以下以某5G基站同一频段的三个小区中的一个小区作为指定小区，采用前述基于用户分布的5G天线子波束配置方法，对该指定小区进行网络优化。

首先，针对该指定小区、指定时段获取用户数据，并确定用户分布，如，统计用户分布。在统计用户分布时，可以绘制如图4A、图4B、图4C和图4D所示的虚拟栅格图进行直观地展示。

活跃的用户设备周期性地(如，以5s为一个周期)生成针对网络通信的测量数据，包括hAOA和vAOA这一组到达角数据对，并以用户设备测量报告(Memory Report Original，MRO)数据的形式上报给基站，由基站存储并使用。通常，用户设备输出MRO数据的周期是15分钟，或15分钟的整数倍，MRO数据中记载有活跃的用户设备获取的水平到达角、垂直到达角及到达角数据对的生成时间。基站以小区为单位针对获取到的MRO数据进行处理，如将具有相同的小区标识、指定时刻位于指定时段内的采样点数据作为指定小区在指定时段的用户数据。

如，以到达角数据对的生成时间与到达角数据对来唯一地标识小区内的一个采样点，并将到达角数据对的生成时间与到达角数据对作为一个采样点数据。这里，采样点对应在指定时段内的某一个时刻访问通信网络的一个用户设备，可以认为是针对一个用户设备的一次采样。因此，在指定时段内，可能有多个采样点均来自同一个用户设备，该用户设备在不同时刻分别访问通信网络；也可能针对不同的用户设备，在相同时刻或不同时刻具有相同的水平到达角和/或垂直到达角。

在统计该指定小区的用户分布时，不涉及确定采样点数据来自哪一个用户设备。并且，在不同时间处于指定小区内不同子波束的覆盖区域内或同一子波束的覆盖区域的不同位置上的同一个用户，可以分别作为一个采样点被统计。又或者，前一个时刻出现在指定小区的用户，可能下一个时段已经离开该指定小区，则在下一个时刻不会被采样为针对指定小区的采样点；又或者，前一个时刻没有在该指定小区出现的用户，在下一个时段进入该指定小区后，在下一个时刻被采样为针对指定小区的采样点。

根据针对指定小区获取的用户数据，确定落入到指定的生成时间的范围内(也即指定时段)全部的采样点，构成采样点数据。这时，全部的采样点的数量记为N。

如，根据用户设备生成MRO数据的时刻，按照小时汇总，如，按照每天24时的自然时间，将每天、每周或者每月等不同指定时段的采样点数据划分到24个时段，形成分别对应这24个时段的采样点数据。

针对获取的各采样点数据，根据其vAOA的数值，将该采样点划分为高层采样点或低层采样点，也即下述的高层用户或低层用户。相应地，用于覆盖高层用户的子波束，又称为高层波束。用于覆盖低层用户的子波束，又称为低层波束。如，vAOA<2°，则判断为高层采样点、高层用户；vAOA>＝2°，则判断为低层采样点、低层用户。这时，vAOA为-1°或-3°的用户，则判断为高层采样点、高层用户。这里，vAOA为正值，则表示生成该vAOA的用户接收设备处于天线阵列的架设高度之上；vAOA为负值，则表示生成该vAOA的用户接收设备处于天线阵列的架设高度之下、地面之上。

根据确定的采样点数据，确定多个虚拟栅格，并确定各采样点的到达角数据对分别落入的至多一个虚拟栅格；确定各虚拟栅格内的采样点的总数量N_i，并以与数量的大小对应的色彩填充各虚拟栅格并展示。

在根据确定的采样点数据，确定虚拟栅格时，根据采样点数据中垂直到达角及水平到达角的范围及待配置天线阵列的背景覆盖区域，确定参数配置空间，在参数配置空间内，按照预设的水平间隔和预设的垂直间隔，确定F*G个虚拟栅格。这些虚拟栅格彼此相邻，将参数配置空间划分为等大(等宽、等高及等面积)的F*G个区域，其中，F为水平方向上的虚拟栅格数，G为垂直方向上的虚拟栅格数。

如图4A、图4B、图4C、图4D所示，可以将前述的参数配置空间中的各虚拟栅格展示在直角坐标系坐标系内。图中，以参数配置空间的最大垂直到达角(也即vAOA的最大值)、最小水平到达角(也即hAOA的最小值)为左下侧的坐标原点。在水平方向，以5°水平到达角为水平间隔，自左向右，hAOA的数值依次增加，分布在-58°至52°之间。在垂直方向，以2°垂直到达角为垂直间隔，自下向上，vAOA的数值依次减小，分布在15°至-7°之间。这时，在该参数配置空间内，共确定出22*11＝242个虚拟栅格。

为方便展示及观看，在图4A、图4B、图4C、图4D中，额外设置了一个以白色填充的分割行，以区分高层采样点和低层采样点，并方便地区分高层波束或低层波束，以及展示筛选出的优化的配置方案。

在确定由各采样点的到达角数据对分别落入的至多一个虚拟栅格之后，确定各虚拟栅格内的采样点的总数量N_i，并以与数量的多少对应的色彩的灰度或色调值(如，256色等)填充各虚拟栅格，如，虚拟栅格的颜色越深，则表示落入到该虚拟栅格内的采样点的数量越多，颜色越浅，则表示落入到该虚拟栅格内的采样点的数量越少。

基于用户移动场景下连续覆盖原则、波束之间干扰规避原则，以及现网中主流Massive MIMO天线阵列的性能和5G常见的覆盖场景，子波束配置方案中的各子波束需要满足的配置规则如下：

1a).覆盖低层用户或低层采样点的所有子波束在水平方向上必须连续，相邻的子波束之间没有间隔；

1b).覆盖低层用户或低层采样点的多个子波束的水平波宽的累加和必须达到90度或以上；

1c).在水平方向上或垂直方向上，相邻的子波束之间没有重叠。

1a)中，“没有间隔”或用户移动场景下连续覆盖原则，是指，低层用户在指定小区内的不同子波束之间(依次从一个子波束移动到相邻的子波束)移动时，小区需要针对该用户实现连续的覆盖，如充分覆盖或部分覆盖。这个连续覆盖原则用于保证子波束服务于低层用户时的覆盖连续性。

如图3A所示，在横轴为hAOA、纵轴为vAOA的直角坐标系内，相邻的子波束H1V1、H2V1、H3V1在水平方向上没有间隔。

1c)中，“没有重叠”是从节约天线阵列资源或避免多源干扰的角度来设定的。通常，认为位于主瓣的中心线两侧的半波角的范围之内，子波束的信号的增益在-3db以内，用户设备位于半波角的范围之内就可以正确解析通信信号。并且，这时，用户设备接收到的来自两侧相邻子波束的干扰足够小，不会影响到针对当前子波束信号的接收。

如图3A所示，在横轴为hAOA、纵轴为vAOA的直角坐标系内，各子波束H1V1、H2V1、H3V1、H2V2在水平方向上或垂直方向上没有重叠。

随后，针对确定的用户分布，确定子波束配置方案，在张成参数配置空间时，根据采样点数据中垂直到达角及水平到达角的范围，也即前述的业务覆盖范围、待配置天线阵列的背景覆盖区域或统计的现网常见的覆盖场景中vAOA和hAOA的取值范围，提取hAOA和vAOA的最大值和最小值，并以hAOA和vAOA的最大值和最小值组成的4个数据对为边界点，在空间张成参数配置空间。

通常，在应用最普遍的三小区配置的基站中，天线阵列的背景覆盖区域不会有明显的差异，如，某天线阵列张成的子波束所服务的小区中，用户设备vAOA的取值范围在-6度到15度之间，hAOA的取值范围在±54.5°范围内。这是因为主流厂家的天线调整范围大多落在±54.5°范围内。自然地，在计算时，可以将hAOA的取值范围确定为±60度范围内。应该理解为，背景覆盖区域，可以根据厂家或设备或天线阵列类型的差异进行调整。

参***支持的配置范围和配置精度，确定在水平方向和垂直方向的移动步长；在张成的参数配置空间内，按照前述的配置规则，分别以水平方向和垂直方向的移动步长，遍历地生成各子波束配置方案，其中，各子波束配置方案中高层波束的数量记为M_h，低层波束的数量记为M_l，并且有M_h+M_l＝M。

这些子波束的水平波宽和垂直波宽参照主流天线阵列支持的配置范围进行配置，如，设置水平波宽为15度，设置垂直波宽为6度。应该理解为，随着设备向下兼容或向上迭代，水平波宽可以从15度调整为12度，或者从15度调整为20度；垂直波宽可以从6度调整为8度或4度。

在水平方向和垂直方向的移动步长，也即水平到达角的间隔、垂直到达角的间隔，可以分别设置为1度。当然，可以设置更大的步长，或者更小的波长。具体实施时，综合考虑配置精度和运算效率，确定适当的移动步长。

如前，现网中主流Massive MIMO天线阵列支持的子波束配置方案中，子波束的总数量大致为8，也即有M＝8。具体实施时，同时满足上述根据上述1a)、1b)、1c)配置规则的子波束配置方案中，高层波束的数量M_h与低层波束M_l的数量的组合大致包括以下三种情形：2个高层波束与6个低层波束，1个高层波束与7个低层波束，零个高层波束与8个低层波束。

针对生成的各子波束配置方案，需要根据确定的用户分布，评价其覆盖性能，如分别确定各配置方案的综合得分，并以综合得分为依据，筛选出优化的配置方案。其中，还包括计算各子波束的评分。

如图3A所示，在水平方向上，通常5G天线阵列支持的子波束的水平波宽为15度，也即，hw＝15度，这时，水平半波角的范围内大致为主瓣的中心线L₀的两侧各1/2*hw＝7.5度的范围，水平半波角范围之外时但预设的范围之内大致为主瓣的边界线L₁和L₂的两侧向外各7.5度的范围。在垂直方向上，通常5G天线阵列支持的子波束的垂直波宽为6度，也即，vw＝6度，这时，垂直半波角的范围内大致为主瓣的中心线L₄的两侧各1/2*vw＝3度的范围。因为在垂直方向上，旁瓣的覆盖作用不明显，通常不设置垂直半波角的范围之外的预设的范围。

在确定子波束对采样点的覆盖情况时，如图3B所示，在采样点的到达角数据对落入到了子波束的半波角范围内时，如左斜线标识出的A区(hAOA落入子波束的水平半波角的范围之内、且vAOA落入该子波束的垂直半波角的范围之内)，通常认为该采样点由该子波束充分覆盖。在采样点的到达角数据对落入到了子波束的半波角范围之外时但预设的范围之内时，如竖直线标识出的B区(hAOA在子波束的水平半波角的范围之外的预设范围之内、且vAOA落入该子波束的垂直半波角的范围之内)，通常认为该采样点由该子波束部分覆盖。在采样点的到达角数据对没有落入到某一子波束的半波角范围之外的预设的范围之内及没有落入到某一子波束的半波角范围之内时，如密点标识出的C区(hAOA不在该子波束的水平半波角的范围之内、且不在水平半波角范围之外的预设的范围之内，或vAOA不在该子波束的垂直半波角的范围之内)，通常认为该子波束对该采样点无覆盖。

图3A还示出了采样点相对于子波束的半波角的范围的关系。采样点U1在子波束H1V1的垂直半波角及水平半波角的范围之内，并且在子波束H2V1的水平半波角的范围之外的预设的范围之内。采样点U2在子波束H2V1的垂直半波角及水平半波角的范围之内，并且在子波束H3V1的水平半波角的范围之外的预设的范围之内。采样点U3在子波束H2V2的垂直半波角及水平半波角的范围之内。

根据各子波束对采样点的覆盖情况，对各子波束的覆盖性能进行评分时，可以使用的评分规则如下：

2a).对于处于子波束的半波角范围内的采样点，判断子波束对采样点充分覆盖。针对子波束对采样点的充分覆盖情形，记录为第一分值。

2b).对处于子波束的半波角范围之外的预设的范围内的采样点，判断子波束对采样点为部分覆盖。针对子波束对采样点的部分覆盖情形，记录为第二分值，如0.5分。

2c).对处于子波束的半波角范围之外的预设的范围之外的采样点，判断子波束对采样点为无覆盖。针对子波束对采样点的无覆盖情形，记录为第三分值，如0分。

这时，第一分值大于第二分值，第二分值大于第三分值。如第一分值为1分，第二分值为0.5分，第三分值为0分。

如图3C所示，位于左侧子波束的水平半波角内的采样点U1，在评分时，会被分别针对右侧子波束和左侧子波束各计算一次。第一次，作为位于左侧的子波束的水平半波角内的采样点被计1分。第二次，作为与右侧的子波束相邻的左侧的子波束的左右边界线之外的各7.5度范围内的采样点被计0.5分。对于任一个子波束而言，评分越高，则该波束的覆盖性能就越强。

以上评分规则，可以用于多种场景。如，在不同时段，根据小区内的用户统计数据，对同一个子波束进行评分，以分析业务随时间的波动情况。如，针对某个时段，根据小区内的用户统计数据，确定不同子波束内对应的评分，以分析各子波束对业务的承载情况。

针对确定的用户分布，可以使用该评分规则，针对各子波束配置方案内的各子波束分别进行评分。

以上以遍历的方法生成的子波束配置方案众多，为了筛选出较优的配置方案，需要完成巨大的运算量。综合考虑运算效率和优化效果，可以采用以下的配置方案筛选策略：先筛选服务于高层采样点的高层波束配置方案，再筛选服务于低层采样点的低层波束。

如前，高层波束的数量M_h与低层波束M_l的数量的组合大致包括三种情形。在筛选服务于高层采样点的高层波束配置方案时，先从高层波束的数量M_h为2个开始尝试，生成各服务于高层采样点的高层波束配置方案。

如，针对确定的用户分布，确定高层采样点的统计数据中垂直到达角及水平到达角的范围大致为hAOA位于±54.5度的范围内、vAOA位于(1°，-7°)的范围内。则在hAOA位于±54.5度的范围内，vAOA位于(1°，-7°)的范围内，张成针对高层波束的参数配置空间。确定在水平方向和垂直方向的移动步长为2度，在该张成的参数配置空间内，分别以水平方向和垂直方向的移动步长，遍历地生成服务于高层采样点的子波束配置方案。

在筛选服务于高层采样点的子波束配置方案时，针对其包括的2个高层波束，如，第一高层波束、第二高层波束，采用前述的评分规则，确定其评分。

如，在前述确定的用户分布中的高层采样点落入第一高层波束的半波角范围内的数量在前述的采样点的总数量N中的占比大于预先设定的效能阈值时，如0.15，则认为设置该第一高层波束是必要的。其次，根据前述确定的用户分布中的高层采样点的到达角数据对，和前述确定的评分规则，确定该必要设置的第一高层波束的评分，如评分为C1。

这里，设定0.15的依据为，将采样点的总数量N等效为确定的用户分布中的全部用户，而服务于小区内全部用户的可配置的子波束的总数量为8，则平均之后，每一个子波束大致覆盖的用户设备的数量在全部用户设备中的占比为0.125。因此，在0.125的基础上，上浮为0.15是比较合理的取值。

相似地，首先确定设置第二高层波束是否必要，在必要设置时，确定该必要设置的第二高层波束的评分，如评分为C2。

若高层波束的数量M_h为2个时，生成的高层波束配置方案不满足预先设定的经济性阈值时，则确定针对前述确定的用户分布中的高层采样点，设置2个高层波束是不经济的。则重新设定高层波束的数量M_h为1个，并生成各高层波束配置方案，并分别确定各子波束的评分，以及各高层波束配置方案的综合得分，其方法参照前述说明，不再赘述。以及，若确定针对高层采样点，设置1个高层波束是不必要或不经济的，则停止生成高层波束配置方案，转入生成低层波束配置方案。如，确定服务于高层采样点的高层波束为0个时，则在该指定小区的背景覆盖区域内搜索8个低层波束。

在确定的高层波束配置方案中的高层波束的数量不为0个时，筛选低层波束时，根据下式确定波束带在水平方向上连续覆盖的波宽width：width(M_h)＝(8-M_h)*15。如，高层波束数量为2时，width(2)＝(8-2)*15＝90。若高层波束的数量为0时，波束带在水平方向上连续覆盖的波宽width(0)＝(8-0)*15＝120。在实际实施时，参照前述说明，主流厂家天线产品的最大支持的水平宽度大多在105～110度左右。因此，对于高层波束为0的这种特殊场景下，在配置低层方案时可以根据厂家支持的数据，就120度的波宽进行调整。

以上，在针对遍历地生成的服务于高层采样点的子波束配置方案，筛选出必要设置且综合得分最高的子波束配置方案之后，记载筛选出的第一高层波束、第二高层波束的配置参数，转入生成低层波束配置方案。

如，在该指定小区内的覆盖范围内，根据用户分布中高层采样点的数量及分布，确定高层采样点的数量在全部的采样点的总数量N的占比大于0.125，相应地，确定为高层用户配置2个子波束。随后，遍历地确定多个设置有2个高层波束的配置方案，如，选择移动步长在垂直方向为1度的垂直到达角，选择移动步长在水平方向为5度的水平到达角，并计算各配置方案的综合得分。最终确定在2个高层波束的中心点的到达角数据对分别为(2°，-2°)和(17°，-2°)时，设置有这2个高层波束的配置方案的综合得分最高，这两个高层波束如图4B中两个相邻的方框所示。这时，这两个子波束在水平方向相邻，各自的垂直波宽分别为8度。

因高层波束的数量M_h为2个，确定服务于低层采样点的低层波束配置方案中包括的低层波束的数量M_l为6个。

如，针对确定的用户分布，确定低层采样点的统计数据中垂直到达角及水平到达角的范围大致为hAOA位于±54.5度的范围内、vAOA位于(1°，15°)的范围内。则限定在hAOA位于±54.5度的范围内，vAOA位于(1°，15°)的范围内，张成针对低层波束的参数配置空间。确定在水平方向和垂直方向的移动步长为2度，在该张成的参数配置空间内，分别以水平方向和垂直方向的移动步长，遍历地生成低层波束配置方案。

在一些实施例中，在该指定小区内的覆盖范围内，为高层用户配置如图4B所示的2个高层波束之后，确定为低层用户配置6个低层波束。首先选择垂直到达角位于最宽的范围，遍历地确定在水平方向上连续排布6个水平波宽的波束带。如，选择移动步长在水平方向为5度的水平到达角，如，通过移动6个依次相邻、且水平波宽累计为90度的波束带来实现遍历，如，某个可能的配置方案包括：在-45到45度内配置有6个低层波束。如此，可以实现低层波束配置方案中的各子波束在水平方向上连续，既不会出现间隔，也不会出现重叠，因此不再需要就确定的配置方案验证各子波束的连续性。

在比较了各波束带的综合得分之后，最终确定的综合得分最高的优选波束带的范围包括：-53°到37°，如图4C中下部较大的方框所示。这时，优选波束带中包括6个局部子波束，这6个局部子波束在水平方向相邻，在垂直方向上对齐，各自的垂直波宽分别为14度，各自的水平波宽分别为15度。

随后，分别保持这6个局部子波束在水平方向的位置不变，在垂直方向上移动，遍历地生成垂直波宽为8度的子波束，如选择移动步长在垂直方向为1度的垂直到达角。最终确定的评分最高的局部子波束为低层波束。最终确定的低层波束配置方案如图4D中下方在水平方向相邻、且在垂直方向有错位的6个方框所示。

随后，判断低层波束与高层波束在水平方向上是否有重叠。若没有重叠，则保持低层波束不变，在水平方向上移动高层波束的中心点，将高层波束调整到与其最近的任一个低层波束重叠。

最终，该指定小区在指定时段内优化的包括有8个子波束的配置方案中，各子波束的中心点的到达角数据对依次为：(2°，-2°)，(17°，-2°)；(2°，6°)，(17°，6°)，(-43°，6°)，(-28°，6°)，(-13°，8°)，(32°，6°)。这时，各子波束的垂直半波角均为8度；水平半波角均为15度。

随后，将确定的配置方案中各子波束的水平到达角、垂直到达角、或到达角数据对来表示的子波束的配置参数，等效地转换为调整天线阵列时所需要的水平方位角和倾角的天线阵列参数，并根据天线阵列参数，配置服务于用户分布的5G天线阵列。

以上针对指定小区采用前述基于用户分布的5G天线子波束配置方法进行网络优化时，基本不依赖人工经验，计算量少，计算效率高。

如图2所示，本申请实施例基于用户分布的5G天线子波束配置装置200，包括：用户分布确定模块210，用于根据获取的用户数据，确定用户分布，用户分布包括高层采样点的分布、低层采样点的分布；高层波束确定模块220，用于根据高层采样点的分布，确定服务于高层采样点的分布的高层波束配置方案；低层波束确定模块230，用于根据高层波束配置方案、低层采样点的分布，确定服务于低层采样点的分布的低层波束配置方案；天线阵列配置模块240，用于根据高层波束配置方案、低层波束配置方案，配置服务于用户分布的5G天线阵列。

该基于用户分布的5G天线子波束配置装置用于实施前述的基于用户分布的5G天线子波束配置方法，不再赘述。

说明书和权利要求书中的词语“第一、第二、第三等”或模块A、模块B、模块C等类似用语，仅用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。

说明书和权利要求书中使用的术语“包括”不应解释为限制于其后列出的内容；它不排除其它的元件或步骤。因此，其应当诠释为指定所提到的所述特征、整体、步骤或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多其它特征、整体、步骤或部件及其组群。因此，表述“包括装置A和B的设备”不应局限为仅由部件A和B组成的设备。

本说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意味着与该实施例结合描述的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的用语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指同一实施例，但可以指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，能够以任何适当的方式组合各特定特征、结构或特性，如从本公开对本领域的普通技术人员显而易见的那样。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请的构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，均属于本申请的保护范畴。

Claims (10)

1.一种基于用户分布的5G天线子波束配置方法，其特征在于，包括：

根据获取的用户数据，确定用户分布，所述用户分布包括高层采样点的分布、低层采样点的分布；

根据所述高层采样点的分布，确定服务于所述高层采样点的分布的高层波束配置方案；

根据所述高层波束配置方案、所述低层采样点的分布，确定服务于所述低层采样点的分布的低层波束配置方案；

根据所述高层波束配置方案、所述低层波束配置方案，配置服务于所述用户分布的5G天线。

2.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，所述根据获取的用户数据，确定用户分布，包括：

解析获取的用户数据，所述用户数据包括由活跃用户在指定时刻上报的采样点数据，所述采样点数据包括垂直到达角、水平到达角；

确定所述指定时刻位于指定时段内、所述垂直到达角小于预设的垂直到达角阈值的采样点数据的集合为所述高层采样点的分布；

确定所述指定时刻位于指定时段内、所述垂直到达等于或大于所述预设的垂直到达角阈值的采样点数据的集合为所述低层采样点的分布。

3.根据权利要求2所述的配置方法，其特征在于，所述根据所述高层采样点的分布，确定服务于所述高层采样点的分布的高层波束配置方案，包括：

根据预设的第一垂直到达角范围、预设的第一水平到达角范围，确定服务于所述高层采样点的分布的高层波束配置方案，所述高层波束配置方案中包括至多N个高层波束，N为正整数。

4.根据权利要求3所述的配置方法，其特征在于，根据所述低层采样点的分布，确定服务于所述低层采样点的分布的低层波束配置方案，包括：

根据所述高层波束配置方案中包括的高层波束的数量M_h及预设的子波束的总数量，确定服务于所述低层采样点的分布的低层波束配置方案中包括的低层波束的数量M_l；

根据预设的第二垂直到达角范围、预设的第二水平到达角范围、所述低层波束的数量M_l，确定服务于所述低层采样点的分布的低层波束配置方案。

5.根据权利要求4所述的配置方法，其特征在于，在所述配置服务于所述用户分布的5G天线之前，还包括：

在所述高层波束配置方案中的至少一个高层波束与所述低层波束配置方案中的任一个低层波束在水平方向不重叠时，调整所述至少一个高层波束，使得所述至少一个高层波束与所述任一个低层波束在水平方向重叠。

6.根据权利要求3所述的配置方法，其特征在于，所述确定服务于所述高层采样点的分布的高层波束配置方案，包括：

从j＝N开始，遍历地生成包括有j个高层波束的高层波束配置方案，其中，j为正整数，1≤j≤N；

筛选步骤：计算每一个所述包括j个高层波束的高层波束配置方案中的j个高层波束对应于所述高层采样点的分布的j个评分；

在所述j个评分中的每一个均不小于预先设定的效能阈值时，确定所述包括j个高层波束的高层波束配置方案的综合得分；

在所述j个评分中的任一个小于预先设定的效能阈值时，剔除所述包括j个高层波束的高层波束配置方案；

在所述包括j个高层波束的高层波束配置方案的综合得分小于预先设定的经济性阈值时，剔除所述包括j个高层波束的高层波束配置方案；

从剩余的至少一个所述包括j个高层波束的高层波束配置方案中，确定综合得分最高的所述包括j个高层波束的高层波束配置方案为所述服务于所述高层采样点的分布的高层波束配置方案；或

在全部的所述包括j个高层波束的高层波束配置方案都被剔除后，将j的值减少，并遍历地生成包括有j个高层波束的高层波束配置方案，并转到筛选步骤，直到确定出所述包括至少一个高层波束的高层波束配置方案或确定所述高层波束配置方案中包括零个高层波束。

7.根据权利要求4所述的配置方法，其特征在于，所述确定服务于所述低层采样点的分布的低层波束配置方案，包括：

波束带筛选步骤：根据所述低层波束的数量M_l，遍历地生成在水平方向上占据M_l倍的水平波宽、在垂直方向上占据所述预设的第二垂直到达角范围的波束带；

计算每一个所述波束带对应于所述低层采样点的综合得分；

确定综合得分最高的波束带为优选波束带；

低层波束筛选步骤：拆分所述优选波束带，得到M_l个在垂直方向上占据所述预设的第二垂直到达角范围的候选低层波束；

针对每一个所述候选低层波束，确定对应的低层波束，包括：

在所述预设的第二垂直到达角范围内，遍历地生成在垂直方向上占据预设的第三垂直到达角范围的局部子波束，其中，所述第三垂直到达角范围不大于所述预设的第二垂直到达角范围；计算每一个所述局部子波束对应于所述低层采样点的评分；确定评分最高的所述局部子波束为所述低层波束。

8.根据权利要求4所述的配置方法，其特征在于，

任一个所述高层波束的水平波宽为预先设定的第一数值、且垂直波宽为预先设定的第二数值；

任一个所述低层波束的水平波宽为预先设定的第一数值、且垂直波宽为预先设定的第二数值。

9.根据权利要求4所述的配置方法，其特征在于，

所述M_l个低层波束在水平方向上依次相邻且不重叠。

10.一种基于用户分布的5G天线子波束配置装置，其特征在于，包括：

用户分布确定模块，用于根据获取的用户数据，确定用户分布，所述用户分布包括高层采样点的分布、低层采样点的分布；

高层波束确定模块，用于根据所述高层采样点的分布，确定服务于所述高层采样点的分布的高层波束配置方案；

低层波束确定模块，用于根据所述高层波束配置方案、所述低层采样点的分布，确定服务于所述低层采样点的分布的低层波束配置方案；

天线阵列配置模块，用于根据所述高层波束配置方案、所述低层波束配置方案，配置服务于所述用户分布的5G天线。

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