[发明专利]毫米波波束训练和环境感知一体化系统及方法

权利要求书

1.一种毫米波波束训练和环境感知一体化系统，包括基站侧和用户侧，其特征在于，所述毫米波波束训练和环境感知一体化系统包括：

由高精度时钟源、基站侧时钟节点模块、基站侧软件定义无线电模块、基站侧毫米波相控阵模块、用户侧时钟节点模块、用户侧软件定义无线电模块、用户侧毫米波相控阵模块组成的毫米波通信系统、设置在用户侧的惯性测量单元以及处理模块；

其中，所述高精度时钟源的输出端分别与基站侧时钟节点模块和用户侧时钟节点模块的输入端相连，用于生成的预设时钟频率的时钟参考信号；

所述基站侧时钟节点模块的输出端与所述基站侧软件定义无线电模块的时钟输入端相连，所述用户侧时钟节点模块的输出端与所述用户侧软件定义无线电模块的时钟输入端相连，均用于将所述预设频率的时钟参考信号发送至对应的软件定义无线电模块，以实现软件定义无线电模块的时钟频率同步；

所述基站侧软件定义无线电模块的输出端与所述基站侧毫米波相控阵模块的输入端相连，用于生成第一预设频率的基带信号，并将所述基带信号上变频至第二预设频率；

所述基站侧毫米波相控阵模块的输出端与所述用户侧毫米波相控阵模块的输入端相连，用于将上变频后的基带信号再次上变频至第三预设频率，并进行波束成形；

所述用户侧毫米波相控阵模块的输出端与所述用户侧软件定义无线电模块的输入端相连，用于接收所述基站侧毫米波相控阵模块发送的波束，并将所述第三预设频率的接收信号下变频至所述第二预设频率；

所述用户侧软件定义无线电模块的输出端与所述处理模块相连，用于将所述第二预设频率的接收信号下变频至所述第一预设频率，并对所述第一预设频率的接收信号进行波束扫描与波束测量，得到参考信号接收功率；

所述惯性测量单元与所述处理模块相连，用于获取用户的运动状态信息；

所述处理模块中设置置信传播即时定位与地图构建算法，用于根据所述参考信号接收功率和所述运动状态信息进行用户轨迹与虚拟锚位置估计。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

基站侧和用户侧的时钟节点模块与软件定义无线电模块一一对应配置。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述惯性测量单元包括：

加速度计；

陀螺仪；

磁力计。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述惯性测量单元获取的运动状态信息包括加速度值、实时速度值、位置值、用于确定姿态的四元数。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理模块进一步用于，根据所述参考信号接收功率的热力图，提取功率最强的波束对索引，并根据毫米波相控阵波束方向图确定索引对应的角度信息。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述索引对应的角度信息包括：接收端接收波束的到达角和发射端发射波束的离去角。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述处理模块进一步用于，

在置信传播即时定位与地图构建算法初始化后，根据当前时刻所述用户状态信息估计用户位置信息，作为当前时刻用户位置预测值，将所述索引对应的角度信息作为观察值；

利用上一时刻估计的虚拟锚位置与当前时刻用户位置预测值计算得到接收端接收波束的到达角和发射端发射波束的离去角，将接收端接收波束的到达角和发射端发射波束的离去角与当前时刻的观察值进行比较，选取与接收端接收波束的到达角和发射端发射波束的离去角最接近的观察值进行关联；

通过改变用户位置，使得推算出的接收端接收波束的到达角和发射端发射波束的离去角向关联的观察值靠近，以修正用户位置的同时，利用未被关联的所有观察值生成相应的当前时刻虚拟锚。