[发明专利]毫米波波束训练和环境感知一体化系统及方法

说明书

本发明公开了一种毫米波波束训练和环境感知一体化系统及方法，属于无线通信领域，其中，系统包括高精度时钟源将时钟参考信号同步至各时钟节点，时钟节点为基站和用户提供参考时钟信号；基站侧的软件定义无线电模块产生基带信号并上变频，毫米波相控阵再次上变频并进行波束成形，用户侧对称进行下变频；用户侧的软件定义无线电模块实现波束扫描与波束测量，记录参考信号接收功率；惯性测量单元同步测量记录用户的运动状态；处理模块接收毫米波通信系统测量数据与惯性测量单元测量数据，利用置信传播即时定位与地图构建算法实时处理数据估计用户与虚拟锚位置。由此，利用波束空间信道信息和用户位置的辅助信息，提高用户定位精度与环境感知能力。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种毫米波波束训练和环境感知一体化系统及方法。

背景技术

毫米波频段覆盖从30GHz到300GHz的频率范围，具有较大的可用带宽和频谱信道，这意味着通信系统能够获得较高的数据传输速率与时间分辨率，毫米波的波束窄，分辨率高，因此保证了毫米波能够实现感知的功能。然而，相对于其他频段，毫米波频段的路径损耗非常高。为克服高路径损耗，毫米波通信系统需要频繁的波束训练以维持通信链路，传统的波束训练仅仅提取了最优波束对以建立通信链路，一定程度上造成了资源的浪费。

通信感知一体化技术是第六代移动通信系统的研究热点之一，常见的通信和感知通过业务共存仅实现浅层次的一体化，而通信感知一体化技术致力于通过共享同一硬件架构实现通信和感知的辅助增强，可以应用于自动驾驶、无人机监控、机器人交互等智能化场景。而毫米波的感知能力为能够在同一硬件架构上实现通信感知一体化提供了可能性。然而，目前的通信感知一体化研究尚未搭建毫米波原型验证平台，并且现有的原型平台并未侧重于用户定位与环境特征追踪。

发明内容

本发明提供一种毫米波波束训练和环境感知一体化系统及方法，以解决现有通信感知一体化研究的原型验证平台并未在毫米波频段实现，并未聚焦用户定位与环境特征追踪问题，同时传统的波束训练过程带来的较大的资源开销等问题。

本发明第一方面实施例提供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，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(RSRP，Reference Signal ReceivingPower)；