[发明专利]面向无线三维信道的用户级信道空域特征建模方法

权利要求书

1.一种面向无线三维信道的用户级信道空域特征建模方法，其特征在于：构建双向变换框架以实现信道空域特征和信道频域特征的互相转换，该双向变换框架包括下式(1)及下式(2)所示的映射：

Λ＝f(Γ) (1)

Γ＝f^-1(Λ) (2)

式(1)、(2)中，Γ表示信道空域特征，在空域中唯一定义用户信道的所有特征被视为信道空域特征，信道空域特征的构建始于量化射线跟踪数据的出射角和到达角，由与量化出射角和到达角有关的路径损耗组成的向量为信道空域特征；Λ表示信道频域特征，在频域中唯一定义用户信道的所有特征被视为信道频域特征，为从信道状态矩阵H中提取的特征；

由两个不同的BP神经网络分别实现式(1)及式(2)所示的变换，BP神经网络训练数据获取过程包括：将传播环境参数输入到射线跟踪模型中获得射线跟踪数据；以射线跟踪模型获得的射线跟踪数据为输入，从基于3GPP 3D-UMa信道模型的5G无线仿真平台获得信道状态矩阵；

所述出射角包括离开的方位角AoD和离开的天顶角ZoD，所述到达角包括到达的方位角AoA和到达的天顶角ZoA，则所述信道空域特征采用以下方式获得：

设θ表示单个发射和接收过程中所涉及的离开的方位角AoD、离开的天顶角ZoD、到达的方位角AoA或到达的天顶角ZoA之一，则p_θ表示与某个角度相对应的光线路径损耗，Ω_i为第i个间隔，i＝1，...，m，m是与角度相关的间隔数，其大小为γ，γ_i为在当前角度中提取的路径损耗第i个间隔，量化过程如下式(3)所示：

其中，N_i＝|Ω_i|，Ω_i＝{θ|θ₀+(i-1)γ≤θ≤θ₀+iγ}，θ₀是θ的下限，m是角度的区间数，则Ψ表示θ的取值范围；

分别对离开的方位角AoD、离开的天顶角ZoD、到达的方位角AoA或到达的天顶角ZoA执行式(3)所示的量化过程，得到信道空域特征是路径损耗矢量Γ＝[γ₁，γ₂，...，γ_M]，其中M＝m_AoD+m_ZoD+m_AoA+m_ZoA，式中，m_AoD、m_ZoD、m_AoA和m_ZoA分别为离开的方位角AoD的值范围、离开的天顶角ZoD的值范围、到达的方位角AoA的值范围和到达的天顶角ZoA的值范围；

利用SVD分解和DFT编码从所述信道状态矩阵H中提取特征，包括以下步骤：

信道状态矩阵H的SVD分解定义为H＝U∑V^H，其中，∑是对角矩阵，其奇异值是其对角元素，U表示左奇异矩阵，V表示右奇异矩阵；

提取分解得到的U和V的DFT编码作为输入特征，将DFT编码指定为[σ₁，σ₂，…]，则频域特征为Λ＝[λ₁，λ₂，…，σ₁，σ₂，…]，由奇异值和DFT编码组成，λ_i是∑信道状态矩阵H的第i个奇异值。

2.如权利要求1所述的一种面向无线三维信道的用户级信道空域特征建模方法，其特征在于：所述BP神经网络均为六层网络。

3.如权利要求1所述的一种面向无线三维信道的用户级信道空域特征建模方法，其特征在于：将训练后的双向变换框架搭载在基站端或用户端。

4.一种利用用户的空间特征来粗略计算小区间干扰的方法，其特征在于，当空域特征涉及不同的物理基站的场景时需要空域特征的转换，在基站从其他基站获取空域特征后，使用如权利要求1中所述的双向变换框架将空域特征转换为信道频域特征以进行干扰计算；

当只存在单一的物理基站时，无需使用双向变换框架，即可利用用户的空间特征来粗略计算小区间干扰，具体实现方法包括以下步骤：

步骤1、进行XYZ姿态计算；

步骤2、结合天线补偿，获取小区基站的绝对坐标信息；

步骤3、进行波束计算，计算对应角度天线增益图；

步骤4、判别小区间干扰：

各小区获取所有用户的射线数据，各用户按照量化区间获取60维的角度域特征f_c，u，以及各用户对应的路损值l_c，u，按照如下步骤计算任意两个用户之间的干扰：

步骤401、获取第一个用户与第二个用户的角度域特征f_c1，u1和角度域特征f_c2，u2、路损值l_c1，u1和路损值l_c2，u2；

步骤402、获取第一个用户与第二个用户的最强角度特征区间，并取最强角度特征区间中点为对应的波束赋形主方向

式中，θ₀表示垂直方向角度，表示水平方向角度，表示1-20维的角度域特征，表示21-30维的角度域特征；

步骤403、将步骤3中的天线增益图主瓣旋转到主方向作为基站向此用户波束赋形波束：

式中，θ_u表示垂直方向角度，表示水平方向角度，表示基站向此用户的发射增益，表示发射增益，circleshift表示旋转操作；

步骤404、第一个用户按照角域特征非零值区间获取接收波束区间，计算波束在第二用户方位角上的增益：

式中，表示波束在第二用户方位角上的接收增益；

步骤405、计算第一个用户对第二个用户的干扰I_u1←u2与第二个用户对第一个用户的干扰I_u2←u1：

式中，l_s2，u1表示在基站2中用户1的路损，l_s1，u1表示在基站1中用户1的路损。