一种毫米波通信方法和通信系统技术方案

本发明专利技术提供一种毫米波通信方法和通信系统。该方法包括：对于毫米波传输，以吞吐量为优化目标确定优化的波束宽度和所述优化的波束宽度对应的用户；对于所述优化的波束宽度对应的多个用户，利用基于星座图冗余的多址接入进行并发传输。本发明专利技术提供的毫米波通信方法和通信系统通过对波束宽度进行自适应调节和改进多址接入技术能够提高网络性能，改善用户体验。

A Millimeter Wave Communication Method and Communication System

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波通信方法和通信系统
本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种毫米波通信方法和通信系统。
技术介绍
随着移动通信需求的爆炸性增长，容量需求和频谱短缺之间的矛盾日益突出。无线带宽瓶颈成了无线网络的关键问题。在这种情况下，毫米波以其独特的带宽优势和非授权频谱可以很好地解决“带宽饥饿”问题，并为通信网络提供吉比特级的通信需求以及超低延迟传输。然而，毫米波网络并不是低频网络的简单升级。根据Friis传输方程(弗里斯传输方程)，自由空间传播路径的损耗与频率的二次方成正比。与低频段相比，毫米波面临巨大的传输损耗。为了解决这一问题，毫米波采用波束成形技术，产生定向增益来弥补这种传输损耗，但是这种定向窄波束传输存在的问题有：(1)采用定向传输的毫米波收发机需要在建立有效链路之前进行相应的波束扫描和对准，但此过程的时间复杂度和空间复杂度较高，一旦链路发生了变化(例如接收机的位置改变)，会使得原来的通信链路不可用，只能进行新一轮的波束扫描过程，时间开销巨大。(2)这种定向传输的波束宽度通常极窄，一旦遇到障碍物，例如人的走动，会使整个通信链路中断。(3)在两个终端进行通信时，第三方节点不能够进行载波监听，从而使第三方节点的退避时间过长。(4)由于毫米波阵列天线单元数量有限，所以产生的通信波束也有限，所以不能够很好的利用毫米波空间资源进行并发传输。受限于毫米波频段的传输特性，毫米波通信的研究与应用主要集中在点对点链路，为了进一步开发毫米波的频谱资源，利用空间自由度是另一种满足日益增长的数据速率和服务质量的方法。例如，通过在发射端和接收端部署多根天线，形成多输入多输出(MIMO)系统，这种传输方法实现了空间分集，复用增益以及容量提升。在多用户多输入多输出系统(MU-MIMO)或大规模多输入多输出系统(massiveMIMO)中，通过部署大规模阵列天线产生多个窄波束能够提高波束复用增益并减小用户间干扰，使得接入设备(例如基站、接入点等)能够进一步利用空间自由度服务多个移动用户。但大规模多输入多输出系统的高吞吐量依赖于基站端的信道状态信息，而在频分复用系统中，由于大规模的天线使得信道状态信息的反馈开销大，在这种情况下，有人提出使用波分复用(BeamDivisionMultipleAccess，BDMA)传输模型，使得基站通过不同的波束与用户通信，同时将用户分离到不重叠的波束中，因而多个用户可以同时接入信道。综上，在现有技术中，尽管毫米波通信网络能够采用波束成形、多输入多输出(MIMO)和波分复用等技术来提高网络性能，但存在不能自适应调节波束宽度、不能自适应通信链路的变化等问题，从而影响了资源利用率和用户体验。因此，需要对现有技术进行改进，以提供适用于毫米波通信的通信方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种毫米波通信方法和通信系统。根据本专利技术的第一方面，提供一种毫米波通信方法。该方法包括以下步骤：步骤S1：对于毫米波传输，以吞吐量为优化目标确定优化的波束宽度和所述优化的波束宽度对应的用户；步骤S2：对于所述优化的波束宽度对应的多个用户，利用基于星座图冗余的多址接入进行并发传输。在一个实施例中，步骤S1包括以下子步骤：设置最小波束宽度、最大波束宽度以及波束宽度变化量；以所述波束宽度变化量为步长，在所述最小波束宽度和所述最大波束宽度之间进行扫描，找出系统最大吞吐量时对应的波束宽度，作为所述优化的波束宽度。在一个实施例中，在步骤S2包括以下子步骤：基于哈希运算在消息比特和编码比特之间产生随机、非线性的映射；将码比特映射到星座符号集以获得正交的编码。在一个实施例中，对于一个用户，所述哈希运算包括：将该用户消息分成多个数据块，对每个数据块分别执行哈希运算，并且以前一个数据块执行哈希运算生成的结果作为后一个数据块执行哈希运算的输入。在一个实施例中，在步骤S2中，对于所述优化的波束宽度对应的多个用户，基于拍卖理论进行载波分配。在一个实施例中，步骤S2包括以下子步骤：用户接收可分配载波并根据竞拍的历史观察值对所述可分配载波进行价格预测，获得可分配载波的预测价格；用户根据所述可分配载波的预测价格和信道质量为所述可分配载波分配功率；用户确定将进行竞拍的载波和投标价格；用户接收竞标结果，其中，所述竞拍结果包括赢家价格。在一个实施例中，对可分配载波进行价格预测包括：每个用户记录下每个载波的拍卖历史最高价作为观察值，并根据观察值对下一时隙子载波价格进行预测，决定投标价格。根据本专利技术的第二方面，提供了一种毫米波通信系统。该系统包括：接入设备：对于毫米波传输，以吞吐量为优化目标确定优化的波束宽度和所述优化的波束宽度对应的用户。用户终端：对于所述优化的波束宽度对应的多个用户，利用基于星座图冗余的多址接入进行并发传输。在一个实施例中，所述接入设备用于执行：设置最小波束宽度、最大波束宽度以及波束宽度变化量；以所述波束宽度变化量为步长，在所述最小波束宽度和所述最大波束宽度之间进行扫描，找出系统最大吞吐量时对应的波束宽度，作为所述优化的波束宽度。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：对于毫米波传输，利用可变的波束宽度激励更多的并发传输，利用无速率码来适应信道变化，采用新的多址接入技术进行并发传输。此外，利用拍卖理论策略性地分配频谱资源和用户自身的功率，从而提高用户的传输效益，解决了毫米波通信高度定向性传输导致地空间复用能力低的问题。附图说明以下附图仅对本专利技术作示意性的说明和解释，并不用于限定本专利技术的范围，其中：图1示出了根据本专利技术一个实施例的毫米波通信系统的模型图；图2示出了根据本专利技术一个实施例的波束宽度自适应调节方法的流程图；图3示出了根据本专利技术一个实施例的基于星座图冗余的多址接入体系结构；图4示出了根据本专利技术一个实施例的编解码过程示意图；图5示出了根据本专利技术一个实施例的基于拍卖理论的频谱分配方法的流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本文示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。本专利技术提供的实施例在毫米波通信网络中，既能够允许多个用户接入，又能够根据信道质量保证可靠性传输，从而提高空间复用效率。此外，为进一步最大化用户的传输效益，本专利技术实施例还考虑频谱分配和功率分配问题。以下将重点介绍波束宽度调节、多址接入编解码、频谱分配和功率分配的实施例。(1)波束宽度调节的实施例为了允许多个用户接入，本专利技术实施例对波束宽度进行自适应调节。例如，参见图1所示，对于一个AP(接入点)和多个用户的情况，用户随机分布在AP附近，其中，AP通过阵列天线单元产生多个定向波束来服务用户。在密集的用户场景中，一个波束可能覆盖多个用户。假设在波束内AP可以同时和多个用户进行通信，通过理想扇形天线模型可以知道波束的方向增益和波束宽度的关系，即波束宽度越宽，波束的方向增益越小；相反，波束的宽度越窄本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种毫米波通信方法，包括以下步骤：步骤S1：对于毫米波传输，以吞吐量为优化目标确定优化的波束宽度和所述优化的波束宽度对应的用户；步骤S2：对于所述优化的波束宽度对应的多个用户，利用基于星座图冗余的多址接入进行并发传输。

【技术特征摘要】
1.一种毫米波通信方法，包括以下步骤：步骤S1：对于毫米波传输，以吞吐量为优化目标确定优化的波束宽度和所述优化的波束宽度对应的用户；步骤S2：对于所述优化的波束宽度对应的多个用户，利用基于星座图冗余的多址接入进行并发传输。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S1包括以下子步骤：设置最小波束宽度、最大波束宽度以及波束宽度变化量；以所述波束宽度变化量为步长，在所述最小波束宽度和所述最大波束宽度之间进行扫描，找出系统最大吞吐量时对应的波束宽度，作为所述优化的波束宽度。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤S2包括以下子步骤：基于哈希运算在消息比特和编码比特之间产生随机、非线性的映射；将码比特映射到星座符号集以获得正交的编码。4.根据权利要求3所述的方法，其中，对于一个用户，所述哈希运算包括：将该用户消息分成多个数据块，对每个数据块分别执行哈希运算，并且以前一个数据块执行哈希运算生成的结果作为后一个数据块执行哈希运算的输入。5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤S2中，对于所述优化的波束宽度对应的多个用户，基于拍卖理论进行载波分配。6.根据权利要求5所述的方法，步骤S2包括以下子步骤：用户接...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍楷舜，龙金凤，王璐，华慧丰，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44