CN115276724A - 一种基于多天线的通信增强方法、装置、终端设备及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于多天线的通信增强方法、装置、终端设备及介质，该方法通过控制各终端天线分别在不同扫描范围进行波束扫描，以在各终端天线的每个接收波束上依次接收目标基站发射的波束赋形脉冲波形；基于各终端天线的接收波束上接收到的各个波束赋形脉冲波形，分别计算各终端天线与各基站天线间的信道质量；基于各终端天线与各基站天线间的信道质量排序结果，确定一对信道质量最好的目标终端天线和目标基站天线；利用目标终端天线和目标基站天线建立终端设备与基站的通信信道。通过在终端设备上设置多个天线，控制各个天线同时同步扫描不同范围，缩短了扫描到链路构建的时间，减小了通信信道建立时延，满足了无人作业场景对低时延的要求。

Description

一种基于多天线的通信增强方法、装置、终端设备及介质
技术领域
本发明涉及抗干扰通信技术领域，具体涉及一种基于多天线的通信增强方法、装置、终端设备及介质。
背景技术
目前5G无线网(New Radio，简称NR网络)覆盖在港口、厂房、园区等电磁环境复杂、通信干扰较多的施工作业场景。当工程机械在此类场景中进行无人作业时，常常会由于通信环境不稳定、外界干扰等出现掉话、高时延等问题，难以满足无人作业视频回传、实时监控、即时控制对网络通信的高可靠性、低时延要求，也会给工程机械无人作业带来不可控的风险。
在现有技术中，为了提高强干扰环境的通信能力，通常采用功率控制技术、扩频技术和滤波技术加以实现，但是，功率控制需要知道所有链路的信息，会造成很大的时延，而且计算复杂度很高，在实际工程应用中很难实现；并且由于现有频谱资源紧张，采用扩频技术同时会给其他设备带来同频或者异频干扰；此外，滤波技术所利用的电路会带来***损耗，影响现有通信***的通信质量。因此，现有的通信增强方式均难以在实际工程中进行应用，无法满足工程作业场景的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于多天线的通信增强方法、装置、终端设备及介质，以解决现有技术中的通信增强方式均难以在实际工程中进行应用，无法满足工程作业场景需求的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种基于多天线的通信增强方法，其特征在于，应用于设置有多个终端天线的终端设备，所述终端天线包括：固定天线和可调外接天线，所述方法包括：
控制各终端天线分别在不同扫描范围进行波束扫描，以在各终端天线的每个接收波束上依次接收目标基站发射的波束赋形脉冲波形，所述波束赋形脉冲波形为目标基站在空间散射MIMO信道上传输的不同扫描范围的基站天线对应波束赋形的脉冲波形，所述目标基站上设置有若干不同扫描范围的基站天线；MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)是通过利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普通的SISO(Single-Input Single-Output)***，MIMO还可以包括SIMO(Single-Input Multi-ple-Output)***和MISO(Multiple-Input Single-Output)***，此为现有技术，在此不再进行赘述。
基于各终端天线的接收波束上接收到的各个波束赋形脉冲波形，分别计算各终端天线与各基站天线间的信道质量；
基于各终端天线与各基站天线间的信道质量排序结果，确定一对信道质量最好的目标终端天线和目标基站天线；
利用所述目标终端天线和所述目标基站天线建立所述终端设备与基站的通信信道，以利用所述通信信道实现所述终端设备与所述目标基站的通信。
可选地，所述控制各终端天线分别在不同扫描范围进行波束扫描，包括：
获取预设方位角扫描范围和预设仰角扫描范围；
基于所述预设方位角扫描范围及所述终端天线的数量，确定每个终端天线的方位角扫描范围；
控制各终端天线按照其对应的方位角扫描范围及所述预设仰角扫描范围进行波束扫描。
可选地，所述基于各终端天线的接收波束上接收到的各个波束赋形脉冲波形，分别计算各终端天线与各基站天线间的信道质量，包括：
基于各终端天线的接收波束上接收到的各个波束赋形脉冲波形，分别计算各终端天线与各基站天线间的参考信号接收功率、参考信号接收质量及信噪比中至少之一。
可选地，所述基于各终端天线与各基站天线间的信道质量排序结果，确定一对信道质量最好的目标终端天线和目标基站天线，包括：
根据参考信号接收功率和/或参考信号接收质量和/或信噪比的大小关系，对各终端天线与各基站天线间的信道质量进行排序，以确定一对信道质量最好的目标终端天线和目标基站天线。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种基于多天线的通信增强装置，应用于设置有多个终端天线的终端设备，所述终端天线包括：固定天线和可调外接天线，所述装置包括：
控制模块，用于控制各终端天线分别在不同扫描范围进行波束扫描，以在各终端天线的每个接收波束上依次接收目标基站发射的波束赋形脉冲波形，所述波束赋形脉冲波形为目标基站在空间散射MIMO信道上传输的不同扫描范围的基站天线对应波束赋形的脉冲波形，所述目标基站上设置有若干不同扫描范围的基站天线；
计算模块，用于基于各终端天线的接收波束上接收到的各个波束赋形脉冲波形，分别计算各终端天线与各基站天线间的信道质量；
匹配模块，用于基于各终端天线与各基站天线间的信道质量排序结果，确定一对信道质量最好的目标终端天线和目标基站天线；
通信信道建立模块，用于利用所述目标终端天线和所述目标基站天线建立所述终端设备与基站的通信信道，以利用所述通信信道实现所述终端设备与所述目标基站的通信。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种终端设备，所述终端设备设置有多个终端天线，所述终端天线包括：固定天线和可调外接天线，所述终端设备还包括：
控制器，所述控制器包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，以执行本发明第一方面及其任意一种可选方式所述的方法。
可选地，所述可调外接天线为鲨鱼鳍式隐形天线，所述可调外接天线通过馈线与终端设备的天线接口和通信模组连接，所述可调外接天线磁性吸盘或机械构件固定与所述终端设备上。
可选地，所述终端设备还包括：与各个终端天线连接的天线控制单元，所述天线控制单元包括：数字移相电路和波束控制电路，其中，
所述波束控制电路用于接收波束控制指令，并将所述波束控制指令转换为控制信号输出至所述数字移相电路；
所述数字移相电路用于根据所述控制信号，调节各天线终端波束的相位，以调整各个终端天线的扫描范围。
可选地，所述天线控制单元还包括：电源电路，用于为所述天线控制单元供电。
根据第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现本发明第一方面及其任意一种可选方式所述的方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明实施例提供了一种基于多天线的通信增强方法，应用于设置有多个终端天线的终端设备，终端天线包括：固定天线和可调外接天线，该方法通过控制各终端天线分别在不同扫描范围进行波束扫描，以在各终端天线的每个接收波束上依次接收目标基站发射的波束赋形脉冲波形，波束赋形脉冲波形为目标基站在空间散射MIMO信道上传输的不同扫描范围的基站天线对应波束赋形的脉冲波形，目标基站上设置有若干不同扫描范围的基站天线；基于各终端天线的接收波束上接收到的各个波束赋形脉冲波形，分别计算各终端天线与各基站天线间的信道质量；基于各终端天线与各基站天线间的信道质量排序结果，确定一对信道质量最好的目标终端天线和目标基站天线；利用目标终端天线和目标基站天线建立终端设备与基站的通信信道，以利用通信信道实现终端设备与目标基站的通信。从而通过在终端设备上设置可调外接天线和固定天线，增加终端设备的天线数量，然后通过控制各个终端天线同时进行不同扫描范围的同步扫描，并根据扫描结果建立信道质量最佳的通信信道，增强了终端设备与基站间的通信能力，并且大大缩短了扫描到链路构建的时间，减小了通信信道建立时延，满足了无人作业场景对低时延的要求，提高用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的终端设备的结构示意图；
图2为本发明实施例中基于多天线的通信增强方法的流程图；
图3为本发明实施例中通信信道建立的完整过程示意图；
图4为本发明实施例中基于多天线的通信增强装置的结构示意图；
图5为本发明实施例中的终端设备中控制器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在现有技术中，为了提高强干扰环境下的通信能力通常采用功率控制、扩频技术和滤波技术加以实现。但是，功率控制需要知道所有链路的信息，会造成很大的时延，而且计算复杂度很高，在实际工程应用中很难实现；扩频技术方面由于现有频谱资源紧张，采用扩频技术同时会给其他设备带来同频、或者异频干扰；此外，滤波技术所利用的电路会带来***损耗，影响现有通信***的通信质量。因此，现有的通信增强方式均难以在实际工程中进行应用，无法满足工程作业场景的需求。
基于上述问题，本发明实施例提供了一种终端设备，如图1所示，该终端设备设置有多个终端天线2，终端天线2包括：固定天线和可调外接天线，终端设备还包括：控制器1。关于上述控制器1进一步的描述参见下文方法实施例的相关描述，在此不再进行赘述。其中，该终端设备可以为各类车辆，在本发明实施例中，该终端设备为工程机械车辆，此处的工程机械车辆既包括自卸车、集卡、平板车、泵车、轻卡、挂车、拖头车、宽体车、环卫车等专用车辆，也包括挖掘机、平地机、压路机、摊铺机、起重机等工程机械设备。
具体地，在一实施例中，可调外接天线为鲨鱼鳍式隐形天线，可调外接天线通过馈线与终端设备的天线接口和通信模组连接，可调外接天线磁性吸盘或机械构件固定于终端设备上。
在实际应用中，目前基站已达到32甚至64天线，而目前，终端设备的天线搭载数量以两个为主，这导致终端设备的上行通道能力偏弱，所以我们设置终端天线为固定天线和可调天线结合的多天线方式，天线分布为：固定天线单元分布于车辆的四个角，可调天线通过馈线，实现天线接口和5G模组相连，可调天线位于车头顶部，采用鲨鱼鳍等隐形天线模式，天线通过车头的钢构件相连，考虑到工程车辆在作业过程中抖动相对较大，天线可以通过强力磁性吸盘或者机械构件和车身相连，防止车辆在作业过程中由于剧烈抖动导天线抖动和摇晃，影响信号的收发。
具体地，在一实施例中，上述的终端设备还包括：与各个终端天线2连接的天线控制单元(图中未示出)，天线控制单元包括：数字移相电路和波束控制电路，其中，波束控制电路用于接收波束控制指令，并将波束控制指令转换为控制信号输出至数字移相电路；数字移相电路用于根据控制信号，调节各天线终端波束的相位，以调整各个终端天线的扫描范围。其中，波束控制指令是上述控制器1发送的，用于实现各个终端天线扫描范围的调整，从而通过控制器1。在本发明实施例中天线控制单元的数量为多个，分别与各终端天线2一一对应设置，以分别实现各个终端天线2的扫描范围的调节。
在实际应用中，上述的天线控制单元还包括：电源电路，用于为天线控制单元供电。此外，上述的天线控制单元还包括：放大电路，放大电路采用共源共栅级联方式来实现信号的增益和消除噪声，用于克服电路带来的***损耗导致的信号衰落，防止信号过小难以驱动电路，降低电路噪声对信号的影响,同时在信号质量不好的情况下，能够提高天线的增益、增强抗干扰性，进而实现对信号幅度的调制。
示例性地，数字移相电路通过控制两个正交向量的大小进而实现对相位的控制，用于接收波束控制电路输出的二进制控制信号，调整天线波束扫描的范围，实现多天线同时扫描，降低建链时间。波束控制电路采用FPGA电路的形式实现编程控制，主控芯片使用Xilinx的xc7k325tffg900芯片，用于通过Verilog语言实现链路选择、波束扫描控制等，Flash芯片使用S25FL128SAGNFI001，用于存储TR组件控制、放大电路和数字移相电路控制所需的数据。电源电路采用多输出电源芯片，为整个天线控制单元提供所需电压。具体地，通过JTAG接口将波束扫描控制算法、空分复用算法、信道选择算法烧录到FPGA芯片(控制器)，通过控制放大电路、移相电路和无源天线实现对波束的控制。
示例性地，上述终端天线2由无源天线单元和天线控制单元组成，无源天线负责脉冲的收发、天线控制单元通过调整各天线单元的相位以实现对方位角、俯仰角等扫描角度的控制等，上述控制器可基于RSRP、RSRQ、SINR等选择最佳的信道链接，如优先比较RSRP值大小，值大的信道为最佳信道，当RSRP相同，就对比RSRQ值大小，依次类推，直到选出最佳信道(如果三个值均一致，则任选一信道)，同时控制放大器，提高信号增益，加强信道的抗干扰性能，天线的类型为二维扫描阵列，通过控制单元的移相器采用相位加权的方法实现波束相位捷变，通过移相器和放大器采用幅度/相位加权的方法实现波束形状捷变。
具体地，上述数字移相电路、波束控制电路、电源电路及放大电路的电路结构均为现有技术，其具体电路结构及工作原理可参照现有技术的相关描述，在此不再进行赘述。
通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例提供的终端设备通过在终端设备上设置可调外接天线和固定天线，增加终端设备的天线数量，然后通过控制各个终端天线同时进行不同扫描范围的同步扫描，并根据扫描结果建立信道质量最佳的通信信道，增强了终端设备与基站间的通信能力，并且大大缩短了扫描到链路构建的时间，减小了通信信道建立时延，满足了无人作业场景对低时延的要求，提高用户体验。
本发明实施例还提供了一种基于多天线的通信增强方法，应用于如图1所示的终端设备的控制器1，如图2所示，该基于多天线的通信增强方法具体包括如下步骤：
步骤S101：控制各终端天线分别在不同扫描范围进行波束扫描，以在各终端天线的每个接收波束上依次接收目标基站发射的波束赋形脉冲波形。
其中，波束赋形脉冲波形为目标基站在空间散射MIMO信道上传输的不同扫描范围的基站天线对应波束赋形的脉冲波形，目标基站上设置有若干不同扫描范围的基站天线。
在实际应用中，终端设备与基站进行通信必然要进行波束管理，下面对波束管理的基本流程进行简单介绍，此为现有技术，更进一步详细的内容可参照现有技术的相关描述，在此不再进行赘述。
波束管理的基本流程：生成一个NR同步信号即5G的无线网和PBCH(物理广播信道)块脉冲，对脉冲内的每个SSB(由主同步信号(Primary Synchronization Signals,简称PSS)、辅同步信号(Secondary Synchronization Signals,简称SSS)、PBCH三部分共同组成)进行波束成形以扫描过对应的方位角和仰角方向，通过空间散射通道传输此波束成形信号，并通过多个接收端即终端设备，进行时间同步和OFDM解调(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)即正交频分复用技术后，该示例测量和探测每个发射-接收波束对(在双环中)的参考信号接收功率(RSRP)、参考信号接收质量(RSRQ)、信噪比(SINR)，并确定具有最好性能的波束对链路。因此，该波束对链路表示自由空间场景的发送端和接收端的最佳波束对。通信信道建立的完整过程示意图如图3所示。
在波束管理过程中需要明确：1、BS和UE的单小区场景的小区ID；2、频率范围FR1或FR2频段；3、NR信号的中心频率；4、同步信号块的模式Case A/B/C(FR1)或者Case D/E(FR2)；5、在模式中传输的SSB，FR1的二进制向量，长度为4或8；FR2的长度为64。发送的SSB数量设置了发送端和接收端的波束数量；6、发送方位角扫描限制，以指定扫描的起始和结束方位角；7、传输高程扫描限制(以度为单位)，以指定扫描的开始和结束仰角；8、接收端的方位角扫描限制，以指定扫描的起始和结束方位角；9、接收端的仰角扫描限制，以指定扫描的开始和结束仰角；10、启用或禁用发射端和接收端的仰角扫描，为FR2和/或URA启用高程扫描；11、信噪比(单位为db)；12、SSB的测量模式，用于指定仅使用辅助同步信号('SSSonly')或使用PBCH DM-RS以及辅助同步信号('SSSwDMRS')。
具体地，在执行上述步骤S101之前，目标基站即发射端需要进行波束扫描，在发送端波束扫描时，为了实现TRP波束扫描，使用模拟波束形成对所生成的脉冲中的每个SSB进行波束形成。根据脉冲中SSB的数量和指定的扫描范围，确定不同波束的方位角和倾角方向。然后将这些方向中的每个脉冲形成一个波束赋形。然后在空分散射信道上传输波束赋形的脉冲波形。
在上述硬件结构部署完成后，终端设备(UE)和接入基站的网络节点(gNb)之间需要建立连接，终端设备的初始接入过程波束选择非常关键。在物理层，使用SSB作为下行方向(gNB到UE)的脉冲传输，也就是TRP波束扫描和UE波束扫描，以建立一对波束链接，实现无线信道和资源的建立。
通常将这种双端扫描被定义为P-1。在进行波束管理管理之前，首先获取空间散射MIMO信道。此通道模型将自由空间路径损耗和可选的其他大气衰减应用于输入。将BS和UE的位置指定为[x,y,z]笛卡尔坐标系中的坐标。根据指定的阵列大小，采用均匀线性阵列(ULA)或均匀矩形阵列(URA)。对阵列使用各向同性天线元件。获取通道的参数：包括空分散射信道的相位、传播波速、载波频率、OFDM符号采样率、信道响应输出端口、信道极化、传输矩阵和传输矩阵位置)、接收矩阵和接收矩阵位置、散射源的位置、性质和散射系数等用以构件信道模型。
步骤S102：基于各终端天线的接收波束上接收到的各个波束赋形脉冲波形，分别计算各终端天线与各基站天线间的信道质量。
具体地，上述步骤S102通过基于各终端天线的接收波束上接收到的各个波束赋形脉冲波形，分别计算各终端天线与各基站天线间的参考信号接收功率、参考信号接收质量及信噪比中至少之一。
步骤S103：基于各终端天线与各基站天线间的信道质量排序结果，确定一对信道质量最好的目标终端天线和目标基站天线。
具体地，上述步骤S103通过根据参考信号接收功率和/或参考信号接收质量和/或信噪比的大小关系，对各终端天线与各基站天线间的信道质量进行排序，以确定一对信道质量最好的目标终端天线和目标基站天线。
示例性地，可以通过优先比较RSRP值大小，值大的信道为最佳信道，当RSRP相同，就对比RSRQ值大小，依次类推，直到选出最佳信道(如果三个值均一致，则任选一信道)。
步骤S104：利用目标终端天线和目标基站天线建立终端设备与基站的通信信道，以利用通信信道实现终端设备与目标基站的通信。
通过执行上述步骤，本发明实施例提供的基于多天线的通信增强方法，通过在终端设备上设置可调外接天线和固定天线，增加终端设备的天线数量，然后通过控制各个终端天线同时进行不同扫描范围的同步扫描，并根据扫描结果建立信道质量最佳的通信信道，增强了终端设备与基站间的通信能力，并且大大缩短了扫描到链路构建的时间，减小了通信信道建立时延，满足了无人作业场景对低时延的要求，提高用户体验。
具体地，在一实施例中，上述步骤S101中控制各终端天线分别在不同扫描范围进行波束扫描具体包括如下步骤：
步骤S201：获取预设方位角扫描范围和预设仰角扫描范围。
步骤S202：基于预设方位角扫描范围及终端天线的数量，确定每个终端天线的方位角扫描范围；
步骤S203：控制各终端天线按照其对应的方位角扫描范围及预设仰角扫描范围进行波束扫描。
具体地，通过天线控制单元实现分别同时负责扫描不同的方位角，通过设置天线预置的扫描角和扫描波形，进行波束扫描，设置天线的方向性有利于提高抗干扰能力。示例性地，以终端设备有四个终端天线为例，第一个天线移相角度为0度，不用使用移相器，第二个天线移相角度为90度，第三个天线的移相角度为180度，第三个天线的移相角度为270度，进而实现各个区域范围的覆盖和同步同时扫描。
发送端获取到每个SSB占用的OFDM符号集，并将OFDM符号集的转向应用到每个SSB，然后通过空间感知散射通道传输波束形成的脉冲波形。一旦连接成功，相同的波束对链路可以用于后续传输。必要时，使用CSI-RS(用于下行链路)和SRS(用于上行链路)进一步细化波束测量。在波束失效的情况下，这些链接对可以重建。每个SSB波束赋形在脉冲方向扫描方位和倾角，发送这个波束赋形的信号在空分信道上，并在多个接收端波束上处理此接收信号。因此，gNB和UE需要协商出一对双方最佳的波束对，下面接收端波束扫描和测量即为协商最佳波束对的过程。
接收端波束扫描和测量：接收端波束扫描个测量对于接收端波束扫描，在每个接收波束上依次接收发射的波束赋形脉冲波形。对于程序P-1中的N个发射波束和M个接收波束，N个波束中的每个波束从gNB发射M次，使得每个发射波束通过M个接收波束接收。在下面gNB和UE方位平面图中，当N＝M＝4时，gNB和UE处基于波束扫描的图。该图中Before为现行的扫描机制所花费的时间，其中gNB处的每个间隔对应于SSB，UE处的每个间隔对应于SSB。假设波束S3和U2在概念上高亮显示为选定的波束对链路,该链路对是通过依次发射扫描波束获取到的。而我们通过上文中每个天线设置固定的扫描角度和方位角，同步同时扫描，实现扫描到链路构建的时间大约缩小到现行机制四分之一，大大减小了RRC建立时延，满足了无人作业场景对低时延的要求，接收端扫描建链过程和发射端的基本流程相同，具体见上文描述。
在实际应用中，还可以基于信道识别算法(现有技术)，在工程车辆移动的情况下，通过发送指令将天线的最大接收方向对准基站，以实现较好的抗干扰性能，保持车载通信单元处于较好的通信状态。通过MIMO传播信道，接收端同时扫描，经过波束探测和测量，基于RSRP、RSRP和SINR由天线的控制单元来选择最好通信信道，形成完整的P-1程序，因此我们能够降低外部噪声对信号的干扰，获取最好信号质量。同时利用多天线，终端在接收信号时基于信号质量选择最优信道，在发射信号时可以充分利用天线单元之间的相关性，通过天线之间发射的波之间形成干涉，把能量之中在某一方向上，从而实现更加有针对性的覆盖和抗干扰；利用多天线在多条路径上传输相互独立的数据，在接收端进行用户检测与分离，实现空分复用，提高通信信道容量和传输速率。
从而通过多天线协同波束扫描，各个天线分别利用控制单元同时扫描对应的俯仰角和方位角，基于信道识别算法(已知技术)，在工程车辆移动的情况下，控制单元发送指令给数字移相器将天线的最大接收方向对准基站，使终端能够拥有较低的时延和较好的RSRP。利用多天线在多条路径上传输相互独立的数据，在接收端进行用户检测与分离，实现空分复用，提高通信信道容量和传输速率。在信道被干扰的情况下，通过波束扫描获取最佳通信信道，动态调整该天线的发射方向和功率。通过控制单元的移相器采用相位加权的方法实现波束相位捷变，通过移相器和电控衰减器采用幅度/相位加权的方法实现波束形状捷变。
此外，终端天线还可以可通过识别基站发送信号的大致方向，调整对应方向的增益，实现波束赋形；通过识别干扰源的方向，减小对应方向的增益，减少干扰对通信链路的影响；另外可以通过动态调整帧结构，来调整不同场景对上下行容量的实际需求。在工程作业场景中，随着工程车辆的移动，基于信号识别，控制单元发送指令将天线的最大接收方向对准基站，以实现较好的抗干扰性能，保持车载通信单元处于较好的通信状态。
通过执行上述步骤，本发明实施例提供的基于多天线的通信增强方法，通过在终端设备上设置可调外接天线和固定天线，增加终端设备的天线数量，然后通过控制各个终端天线同时进行不同扫描范围的同步扫描，并根据扫描结果建立信道质量最佳的通信信道，增强了终端设备与基站间的通信能力，并且大大缩短了扫描到链路构建的时间，减小了通信信道建立时延，满足了无人作业场景对低时延的要求，提高用户体验。
本发明实施例还提供了一种基于多天线的通信增强装置，应用于如图1所示的终端设备的控制器1，如图4所示，该基于多天线的通信增强装置具体包括：
控制模块101，用于控制各终端天线分别在不同扫描范围进行波束扫描，以在各终端天线的每个接收波束上依次接收目标基站发射的波束赋形脉冲波形，波束赋形脉冲波形为目标基站在空间散射MIMO信道上传输的不同扫描范围的基站天线对应波束赋形的脉冲波形，目标基站上设置有若干不同扫描范围的基站天线。详细内容参见上述方法实施例中步骤S101的相关描述，在此不再进行赘述。
计算模块102，用于基于各终端天线的接收波束上接收到的各个波束赋形脉冲波形，分别计算各终端天线与各基站天线间的信道质量。详细内容参见上述方法实施例中步骤S102的相关描述，在此不再进行赘述。
匹配模块103，用于基于各终端天线与各基站天线间的信道质量排序结果，确定一对信道质量最好的目标终端天线和目标基站天线。详细内容参见上述方法实施例中步骤S103的相关描述，在此不再进行赘述。
通信信道建立模块104，用于利用目标终端天线和目标基站天线建立终端设备与基站的通信信道，以利用通信信道实现终端设备与目标基站的通信。详细内容参见上述方法实施例中步骤S104的相关描述，在此不再进行赘述。
上述各个模块的更进一步的功能描述与上述对应方法实施例相同，在此不再赘述。
通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例提供的基于多天线的通信增强装置，通过在终端设备上设置可调外接天线和固定天线，增加终端设备的天线数量，然后通过控制各个终端天线同时进行不同扫描范围的同步扫描，并根据扫描结果建立信道质量最佳的通信信道，增强了终端设备与基站间的通信能力，并且大大缩短了扫描到链路构建的时间，减小了通信信道建立时延，满足了无人作业场景对低时延的要求，提高用户体验。
如图5所示，上述终端设备的控制器1可以包括处理器901和存储器902，其中处理器901和存储器902可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。
处理器901可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器901还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器902作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的方法所对应的程序指令/模块。处理器901通过运行存储在存储器902中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法。
存储器902可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作装置、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器901所创建的数据等。此外，存储器902可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器901。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
一个或者多个模块存储在存储器902中，当被处理器901执行时，执行上述方法。
上述控制器1具体细节可以对应参阅上述方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，实现的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于多天线的通信增强方法，其特征在于，应用于设置有多个终端天线的终端设备，所述终端天线包括：固定天线和可调外接天线，所述方法包括：
控制各终端天线分别在不同扫描范围进行波束扫描，以在各终端天线的每个接收波束上依次接收目标基站发射的波束赋形脉冲波形，所述波束赋形脉冲波形为目标基站在空间散射MIMO信道上传输的不同扫描范围的基站天线对应波束赋形的脉冲波形，所述目标基站上设置有若干不同扫描范围的基站天线；
基于各终端天线的接收波束上接收到的各个波束赋形脉冲波形，分别计算各终端天线与各基站天线间的信道质量；
基于各终端天线与各基站天线间的信道质量排序结果，确定一对信道质量最好的目标终端天线和目标基站天线；
利用所述目标终端天线和所述目标基站天线建立所述终端设备与基站的通信信道，以利用所述通信信道实现所述终端设备与所述目标基站的通信。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制各终端天线分别在不同扫描范围进行波束扫描，包括：
获取预设方位角扫描范围和预设仰角扫描范围；
基于所述预设方位角扫描范围及所述终端天线的数量，确定每个终端天线的方位角扫描范围；
控制各终端天线按照其对应的方位角扫描范围及所述预设仰角扫描范围进行波束扫描。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于各终端天线的接收波束上接收到的各个波束赋形脉冲波形，分别计算各终端天线与各基站天线间的信道质量，包括：
基于各终端天线的接收波束上接收到的各个波束赋形脉冲波形，分别计算各终端天线与各基站天线间的参考信号接收功率、参考信号接收质量及信噪比中至少之一。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于各终端天线与各基站天线间的信道质量排序结果，确定一对信道质量最好的目标终端天线和目标基站天线，包括：
根据参考信号接收功率和/或参考信号接收质量和/或信噪比的大小关系，对各终端天线与各基站天线间的信道质量进行排序，以确定一对信道质量最好的目标终端天线和目标基站天线。
5.一种基于多天线的通信增强装置，其特征在于，应用于设置有多个终端天线的终端设备，所述终端天线包括：固定天线和可调外接天线，所述装置包括：
控制模块，用于控制各终端天线分别在不同扫描范围进行波束扫描，以在各终端天线的每个接收波束上依次接收目标基站发射的波束赋形脉冲波形，所述波束赋形脉冲波形为目标基站在空间散射MIMO信道上传输的不同扫描范围的基站天线对应波束赋形的脉冲波形，所述目标基站上设置有若干不同扫描范围的基站天线；
计算模块，用于基于各终端天线的接收波束上接收到的各个波束赋形脉冲波形，分别计算各终端天线与各基站天线间的信道质量；
匹配模块，用于基于各终端天线与各基站天线间的信道质量排序结果，确定一对信道质量最好的目标终端天线和目标基站天线；
通信信道建立模块，用于利用所述目标终端天线和所述目标基站天线建立所述终端设备与基站的通信信道，以利用所述通信信道实现所述终端设备与所述目标基站的通信。
6.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备设置有多个终端天线，所述终端天线包括：固定天线和可调外接天线，所述终端设备还包括：
控制器，所述控制器包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，以执行如权利要求1-4中任一项所述方法。
7.根据权利要求6所述的终端设备，其特征在于，所述可调外接天线为鲨鱼鳍式隐形天线，所述可调外接天线通过馈线与终端设备的天线接口和通信模组连接，所述可调外接天线磁性吸盘或机械构件固定与所述终端设备上。
8.根据权利要求6或7所述的终端设备，其特征在于，还包括：与各个终端天线连接的天线控制单元，所述天线控制单元包括：数字移相电路和波束控制电路，其中，
所述波束控制电路用于接收波束控制指令，并将所述波束控制指令转换为控制信号输出至所述数字移相电路；
所述数字移相电路用于根据所述控制信号，调节各天线终端波束的相位，以调整各个终端天线的扫描范围。
9.根据权利要求8所述的终端设备，其特征在于，所述天线控制单元还包括：电源电路，用于为所述天线控制单元供电。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。
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