一种毫米波系统动态用户混合预编码方法与流程

技术特征：

1.一种毫米波系统动态用户混合预编码方法，其特征在于，包括：

获取每个用户的信道状态信息，并将每个用户相邻时隙的所述信道状态信息存储于存储单元中；

根据存储的所述信道状态信息，得到每个用户的最优传播径；

判断所述最优传播径是否为直射径，得到每个用户的判断结果；

根据所述判断结果得到每个用户的状态；

根据所述用户的状态，设计用户的模拟预编码矩阵；

根据所述模拟预编码矩阵，设计用户的数字预编码矩阵；

根据所述模拟预编码矩阵和所述数字预编码矩阵，进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取每个用户的信道状态信息，并将每个用户相邻时隙的所述信道状态信息存储于存储单元中，包括：

基站获取每个用户在波束训练时隙内扫描得到的所述信道状态信息hm，

其中，hm表示第m个用户的信道状态信息矩阵，m表示用户个数，表示第m个用户的直射径的信道状态矩阵，表示第m个用户的第i个非直射径的信道状态矩阵，k表示莱斯因子，pm表示第m个用户的传播径个数，表示第m个用户的第i个非直射径的复路径增益；

将每个用户的第t-1个时隙和第t个时隙的所述信道状态信息分别存储在第一存储单元和第二存储单元，其中t≥1。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据存储的所述信道状态信息，得到每个用户的最优传播径，包括：

根据以下公式得到所述第一存储单元和所述第二存储单元中每个用户的最优传播径，

其中，g表示存储单元，表示用户在第g个存储单元中最优传播径对应的出发角，表示用户在第g个存储单元中最优传播径对应的到达角，表示用户在第g个存储单元中第x根传播径的复路径增益，||表示取绝对值，max表示取最大值，表示第m个用户在第g个存储单元中的传播径个数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，判断所述最优传播径是否为直射径，得到每个用户的判断结果，包括：

若所述最优传播径满足则用户在第g存储单元的所述最优传播径为直射径，若所述最优传播径满足则用户在第g存储单元的所述最优传播径为非直射径，

其中，ε表示直射径和非直射径的门限值，0≤ε≤μas，μas表示传播波束的角度扩展的平均值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述判断结果得到每个用户的状态，包括：

若用户在所述第一存储单元和所述第二存储单元中的最优传播径均为直射径，则执行以下步骤：

若用户在所述第一存储单元和所述第二存储单元中的最优传播径的出发角满足则用户处于静止状态，若用户在所述第一存储单元和所述第二存储单元中的最优传播径的出发角满足则用户处于运动状态，

其中，δ表示用户运动和静止状态的判断阈值，μas表示传播波束的角度扩展的平均值，bw表示基站传播波束的半功率波束宽度；

若用户在所述第一存储单元中的最优传播径为直射径，在所述第二存储单元中的最优传播径为非直射径，则执行以下步骤：

根据以下公式匹配用户在所述第一存储单元和所述第二存储单元中最相近的非直射径，得到个路径对，

若个路径对中至少2个路径对的出发角的角度差满足则用户处于阻塞+运动状态，否则用户处于阻塞状态；

若用户在所述第一存储单元中的最优传播径为非直射径，在所述第二存储单元中的最优传播径为直射径，则执行以下步骤：

根据以下公式匹配用户在所述第一存储单元和所述第二存储单元中最相近的非直射径，得到个路径对，

若个路径对中至少2个路径对的出发角的角度差满足则用户处于运动状态，否则用户处于静止状态；

若用户在所述第一存储单元和所述第二存储单元中的最优传播径均为非直射径，则执行以下步骤：

根据以下公式匹配用户在所述第一存储单元和所述第二存储单元中最相近的非直射径，得到个路径对，

若个路径对中至少2个路径对的出发角的角度差满足则用户处于阻塞+运动状态，否则用户处于阻塞状态。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述用户的状态，设计用户的模拟预编码矩阵，包括：

对所述用户的状态进行优先级排序，其中，

静止>阻塞>运动>阻塞+运动；

根据所述优先级排序，设计第一个用户的模拟预编码矩阵；

设计其他用户的模拟预编码矩阵，得到所有用户的模拟预编码矩阵。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述优先级排序，设计第一个用户的模拟预编码矩阵，包括：

i.令m＝1，wm为全零向量，模拟预编码矩阵frf为全零矩阵，对第一个用户的状态进行判断，其中，所述模拟预编码矩阵frf为，

其中，模拟预编码矩阵frf的维度为nt表示基站的发射天线数，表示基站的发送子阵个数，fl表示基站的第l个发送子阵的模拟预编码向量，wm表示第m个用户维度为nr×1的接收合并向量，nr表示每个用户的接收天线数；

ii.若所述第一个用户的状态为静止或阻塞状态，则

f1＝an(φs)，

wm(1:n)＝an(θs)，

n＝1，

其中，φs表示用户的传播波束的出发角，θs表示用户的传播波束的到达角，用户的传播波束为路径增益最大径对应的出发角和到达角，wm(1:n)表示第m个用户接收合并向量的第1个到第n个元素，n表示基站中被使用的发送子阵个数，an(x)表示阵列导向矢量，n表示基站的每个发送子阵的线性天线个数，λ表示载波波长，d表示天线阵元之间的间距，

iii.若所述第一个用户的状态为运动或运动+阻塞状态，则通过基站中相邻nc个发送子阵的协作，以及用户的nc个接收子阵的协作以进行波束合并，且相邻的所述发送子阵和相邻的所述接收子阵的传输波束角度差为那么，

若所述第一个用户运动方向的切线方向为逆时针方向，那么，

n＝nc，

若所述第一个用户运动方向的切线方向为顺时针方向，那么，

n＝nc；

其中，wm(n+1:2n)表示第m个用户接收合并向量的第n+1个到第2n个元素，wm[(nc-1)n+1:ncn]表示第m个用户接收合并向量的第(nc-1)n+1个到第ncn个元素；

iv.更新所述模拟预编码矩阵frf的值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，设计其他用户的模拟预编码矩阵，得到所有用户的模拟预编码矩阵，包括：

i.为第m个用户选择传播波束，确定第m个用户的传播波束的出发角和到达角，

其中，||||2表示取2的范数，min表示取最小值；

ii.对第m个用户的状态进行判断，若所述第m个用户的状态为静止或阻塞状态，则，

fn+1＝an(φs)，

wm(1:n)＝an(θs)，

n＝n+1，

iii.若所述第m个用户状态为运动或运动+阻塞状态，则通过基站中相邻nc个所述发送子阵的协作，以及用户的nc个接收子阵的协作以进行波束合并，且相邻的所述发送子阵和相邻的所述接收子阵的传输波束角度差为那么，

若所述第m个用户运动方向的切线方向为逆时针方向，那么，

n＝n+nc，

若所述第m个用户运动方向的切线方向为顺时针方向，那么，

n＝n+nc；

iv.更新所述模拟预编码矩阵frf的值，令m＝m+1，重复步骤i-iv，迭代m-1次得到所有用户的模拟预编码矩阵frf。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述模拟预编码矩阵，设计用户的数字预编码矩阵，包括：

构造第m个用户的组合干扰矩阵

其中，的维度为m-1×m，表示第m个用户的有效信道向量；

对所述第m个用户的组合干扰矩阵进行奇异值分解，

其中，um表示组合干扰矩阵的左奇异矩阵，vm表示组合干扰矩阵的右奇异矩阵，λm表示奇异值对角矩阵；

根据所述右奇异矩阵vm，得到所述第m个用户的数字预编码向量fbb(:,m)，

fbb(:,m)＝vm(:,m)，

其中，fbb(:,m)表示数字预编码矩阵fbb的第m列，vm(:,m)表示所述右奇异矩阵vm的第m列；

令m＝m+1，重复上述步骤，迭代m-1次得到用户的所述模拟预编码矩阵fbb。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述模拟预编码矩阵和所述数字预编码矩阵，进行数据传输，包括：

基站根据所述信道状态信息、所述模拟预编码矩阵、所述数字预编码矩阵以及所述用户的接收合并向量，进行数据传输，第m个用户的接收信号ym为，

其中，nm表示第m个用户的接收噪声向量，x表示传输的信号向量。