CN117318775A - 一种多用户通信系统及其传输方法、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多用户通信系统及其传输方法、设备及介质，涉及通信领域，该方法包括：获取用户波束空间信道矢量；根据用户波束空间信道矢量生成波束序列；根据波束序列，使得每个时隙中每个用户选择的波束符合要求，生成每个时隙的迫零预编码矩阵；根据迫零编码矩阵将多个用户的数据流转换为多路数字基带信号；将数字基带信号转换为模拟基带信号；将模拟基带信号变换为射频信号，馈送至所选择的天线或波束上；放大由波束选择网络馈送的射频信号，并以无线电磁波的形式辐射出去，译码恢复用户的数据流。本发明能避免毫米波透镜天线阵列多用户通信系统在同一个时隙中的用户选择相同波束，提高系统总传输速率。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是涉及一种多用户通信系统及其传输方法、设备及介质。
背景技术
在智能制造场景中，大量的工业传感器、智能仪表等感知生产环境信息、产品状态信息和设备运行信息等，由通信网络上传到控制中心或云端进行处理。5G（第5代移动通信系统）具有时延低、可靠性高、节点容量大、传输速率高等特点，能够较好的满足智能制造场景的通信需求。目前“5G+工业互联网”已经用于质量检测、远程监测、移动巡检、智能物流、远程控制、预测性维护等方面。5G用于智能制造场景时涉及很多关键技术，如毫米波通信、大规模MIMO、多用户接入等。
毫米波通信。5G新空口频谱范围包括sub-6G Hz和毫米波频段。为了满足智能制造的需求，5G网络需使用毫米波频段，以提供更高的数据速率、更低的传输时延和更多的连接数量。毫米波的代表频段是20～300 GHz，具有频率高、波长短、可靠性高和方向性好等优势，特别是可用的连续带宽更大。但是毫米波传播损耗很大，需要通过其他技术补偿。
大规模MIMO（多输入多输出）。毫米波信号波长较小，可在有限孔径内配置更多的天线，适合应用大规模天线阵列技术。5G高频网络部署大规模天线阵列，结合数字-模拟混合波束成形技术，可以有效补偿毫米波频段较高的传播损耗，获得超高的空口传输速率。透镜天线阵列集成度高，造价与功耗低，非常适合实现毫米波段的模拟波束成形。透镜天线阵列生成数量和方向固定的一系列波束，将用户信道转换到波束空间。同时，利用毫米波信道在波束空间的稀疏性，可以极大的减少射频链路（RF chain）的数量，降低系统成本与功耗。
多用户接入。智能制造场景中接入通信网络的用户/设备（device）数量巨大，容易发生接入冲突，产生严重的干扰。利用空间维度，能够在同一频段内接入更多用户。如在毫米波透镜天线阵列通信系统中为每个用户选择不同的波束，可以达到空分多址的作用，在同一时频资源上接入NRF（射频链路数量）个用户。同时在发射端采用迫零（ZF）预编码，消除空分多址产生的多接入干扰。
在智能制造场景中，用户/设备数量巨大，均匀分布于接入点周边一定范围之内。这导致方向相近的用户信道之间存在很强的相关性，它们将选择相邻波束甚至相同波束；发射端采用迫零预编码，若有用户选择同一波束，将使得多用户信道矩阵奇异，获得的迫零预编码矩阵使得系统传输速率降到近似为零，极大的降低了系统性能。实际中用户/设备数量K远大于射频链路数量NRF，每个时隙系统服务其中的NRF个用户。通过适当的调度方法为一个时隙选择信道相关度低的一簇用户，结合适当的波束选择方法，可以避免迫零预编码导致的速率下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种多用户通信系统，并为多用户通信系统提供一种传输方法、设备及介质，该多用户通信系统为毫米波透镜天线阵列多用户通信系统，该传输方法包括用户调度和波束选择方法，以解决智能制造场景中用户/设备（device）的信道之间存在很强的相关性，导致系统传输速率降低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案。
一种多用户通信系统的传输系统，包括：信道估计模块、用户调度及波束选择模块、迫零预编码模块、数模转换模块、RF链路、波束选择网络、透镜天线阵列以及用户接收模块。
所述信道估计模块和所述用户调度与波束选择模块、所述迫零预编码模块以及所述波束选择网络之间逻辑连接；所述迫零预编码模块和所述数模转换模块之间通过网络连接；所述数模转换模块和所述RF链路之间电性连接；所述RF链路和所述波束选择网络之间电性连接；所述波束选择网络和所述透镜天线阵列之间电性连接；所述透镜天线阵列和所述用户接收模块之间无线连接。
所述信道估计模块，用于获得用户波束空间信道矢量。
所述用户调度与波束选择模块，用于根据所述用户波束空间信道矢量生成的波束序列，使得每个时隙中每个用户选择的波束符合要求，生成每个时隙的迫零预编码矩阵；所述要求为一个时隙中所有用户均选择不同的波束。
所述迫零预编码模块，用于根据所述迫零预编码矩阵对待传送数据进行处理；所述待传送数据为基站发送给每个用户的数据流。
所述数模转换模块，用于将根据所述待传送数据生成的数字基带信号转换成模拟基带信号。
所述RF链路，用于将所述模拟基带信号变频为射频信号。
所述波束选择网络，用于将每个所述RF链路的视频信号馈送至所选择的天线或波束上。
所述透镜天线阵列，用于放大由所述波束选择网络馈送的射频信号，并以无线电磁波的形式辐射出去。
所述用户接收模块，用于接收所述无线电磁波，译码恢复用户的数据流。
一种多用户通信系统的传输方法，包括：利用信道估计模块获取用户波束空间信道矢量；根据所述用户波束空间信道矢量生成波束序列；根据所述波束序列，使得每个时隙中每个用户选择的波束符合要求，生成每个时隙的迫零预编码矩阵；所述要求为一个时隙中所有用户均选择不同的波束；根据所述迫零编码矩阵将多个用户的数据流转换为多路数字基带信号；利用数模转换模块将所述数字基带信号转换为模拟基带信号；利用RF链路将所述模拟基带信号变换为射频信号；利用波束选择网络将所述射频信号馈送至所选择的天线或波束上；利用透镜天线阵列放大由所述波束选择网络馈送的射频信号，并以无线电磁波的形式辐射出去；利用用户接收模块接收所述无线电磁波，译码恢复用户的数据流。
可选的，根据所述用户波束空间信道矢量生成波束序列，具体包括：对所述用户波束空间信道矢量的每个元素进行取模，将最大模值对应的波束作为用户的最强波束；按照用户序号顺序排列所有用户的最强波束，生成波束序列。
可选的，根据所述波束序列，使得每个时隙中每个用户选择的波束符合要求，生成每个时隙的迫零预编码矩阵，具体包括：对所述波束序列中的各个波束元素按升序排列，生成升序波束序列，同时得到与所述升序波束序列对应的用户序列；将所述升序波束序列中的波束元素填入波束矩阵，将所述用户序列中的用户元素按照与所述波束矩阵同样的填入规则填入用户矩阵；所述波束矩阵中的一行表征一个时隙，每行中的波束元素表征每个时隙中每个用户所选择的波束；根据所述用户矩阵，确定每个时隙中多个用户构成的多用户信道矩阵；根据所述多用户信道矩阵确定每个时隙的迫零预编码矩阵。
可选的，所述填入规则为从波束矩阵或者用户矩阵的第一列从上往下依次填写，直至最后一个波束元素或用户元素填入矩阵。
可选的，将所述升序波束序列中的波束元素填入波束矩阵，将所述用户序列中的用户元素按照与所述波束矩阵同样的填入规则填入用户矩阵，之后还包括：判断所述波束矩阵的任一行中是否存在重复的波束元素；若是，确定选择波束序列中重复波束的用户集合、含有重复的波束元素的第一时隙集合以及仅含有一个重复的波束元素的第二时隙集合；所述重复波束为重复的波束元素对应的波束；确定所述第一时隙集合中每个时隙中重复波束出现的次数；从所述用户集合中选择用户个数与所述重复波束出现的次数相等的多个用户，并将一个用户保持选择最强波束，将剩余用户修改为选择次强波束，构建用户-波束组合；所述次强波束为为第二大模值对应的波束；确定最优用户-波束组合，并从所述用户集合中删除所述最优用户-波束组合中的用户，直至所述时隙集合中的每个时隙都处理完毕。
可选的，确定最优用户-波束组合，并从所述用户集合中删除所述最优用户-波束组合中的用户，直至所述时隙集合中的每个时隙都处理完毕，之后还包括：判断所述用户集合中是否存在剩余用户；若是，将剩余用户加入至所述第二时隙集合中的时隙，所述第二时隙集合中的每个时隙仅有一个新的剩余用户加入；将新加入的用户取代所述时隙中原先使用重复波束的用户，并仍使用所述重复波束。
可选的，当多用户通信系统使用多个子载波同时与多个用户通信时，将所述时隙替换为子载波。
一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述多用户通信系统的传输方法。
一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述多用户通信系统的传输方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明基于用户波束空间信道矢量生成波束序列，以使得每个时隙中每个用户选择的波束符合要求，生成每个时隙的迫零预编码矩阵；所述要求为一个时隙中所有用户均选择不同的波束；根据迫零预编码矩阵将多个用户的数据流经过一系列处理，转换为无线电磁波的形式辐射出去，由用户接收模块接收，并译码恢复用户的数据流。整个过程每个时隙的用户选择不同的波束，从而避免了用户间波束干扰的问题，提高传输速率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的多用户通信系统的传输系统结构示意图；
图2为本发明所提供的多用户通信系统的传输方法流程图；
图3为本发明所提供的另一种毫米波透镜天线列多用户通信传输方法流程图；
图4为本发明所提供的某个出现次数p（）的重复波束b的处理方法流程图；
图5为本发明所提供的传输方法在不同信噪比下的仿真效果示意图；
图6为本发明所提供的传输方法在不同时隙数量下的仿真效果示意图；
图7为本发明所提供的传输方法在不同RF链路数下的仿真效果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种多用户通信系统及其传输方法、设备及介质，能够提高传输速率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，本发明提供了一种多用户通信系统的传输系统，包括：信道估计模块、用户调度及波束选择模块、迫零预编码模块、数模转换模块、RF链路、波束选择网络、透镜天线阵列以及用户接收模块；所述信道估计模块和所述用户调度与波束选择模块、所述迫零预编码模块以及所述波束选择网络之间逻辑连接；所述迫零预编码模块和所述数模转换模块之间通过网络连接；所述数模转换模块和所述RF链路之间电性连接；所述RF链路和所述波束选择网络之间电性连接；所述波束选择网络和所述透镜天线阵列之间电性连接；所述透镜天线阵列和所述用户接收模块之间无线连接；所述信道估计模块，用于获得用户波束空间信道矢量；所述用户调度与波束选择模块，用于根据所述用户波束空间信道矢量生成的波束序列，使得每个时隙中每个用户选择的波束符合要求，生成每个时隙的迫零预编码矩阵；所述要求为一个时隙中所有用户均选择不同的波束；所述迫零预编码模块，用于根据所述迫零预编码矩阵对待传送数据进行处理；所述待传送数据为基站发送给每个用户的数据流；所述数模转换模块，用于将根据所述待传送数据生成的数字基带信号转换成模拟基带信号；所述RF链路，用于将所述模拟基带信号变频为射频信号；所述波束选择网络，用于将每个所述RF链路的视频信号馈送至所选择的天线或波束上；所述透镜天线阵列，用于放大由所述波束选择网络馈送的射频信号，并以无线电磁波的形式辐射出去；所述用户接收模块，用于接收所述无线电磁波，译码恢复用户的数据流。
实施例二
如图2所示，本发明还提供了一种多用户通信系统的传输方法，包括以下步骤。
步骤201：利用信道估计模块获取用户波束空间信道矢量。
步骤202：根据所述用户波束空间信道矢量生成波束序列。
步骤203：根据所述波束序列，使得每个时隙中每个用户选择的波束符合要求，生成每个时隙的迫零预编码矩阵；所述要求为一个时隙中所有用户均选择不同的波束。
步骤204：根据所述迫零编码矩阵将多个用户的数据流转换为多路数字基带信号。
步骤205：利用数模转换模块将所述数字基带信号转换为模拟基带信号。
步骤206：利用RF链路将所述模拟基带信号变换为射频信号。
步骤207：利用波束选择网络将所述射频信号馈送至所选择的天线或波束上。
步骤208：利用透镜天线阵列放大由所述波束选择网络馈送的射频信号，并以无线电磁波的形式辐射出去。
步骤209：利用用户接收模块接收所述无线电磁波，译码恢复用户的数据流。
在实际应用中，所述步骤202具体包括：对所述用户波束空间信道矢量的每个元素进行取模，将最大模值对应的波束作为用户的最强波束；按照用户序号顺序排列所有用户的最强波束，生成波束序列。
在实际应用中，所述步骤203具体包括：对所述波束序列中的各个波束元素按升序排列，生成升序波束序列，同时得到与所述升序波束序列对应的用户序列；将所述升序波束序列中的波束元素填入波束矩阵，将所述用户序列中的用户元素按照与所述波束矩阵同样的填入规则填入用户矩阵；所述波束矩阵中的一行表征一个时隙，每行中的波束元素表征每个时隙中每个用户所选择的波束；根据所述用户矩阵，确定每个时隙中多个用户构成的多用户信道矩阵；根据所述多用户信道矩阵确定每个时隙的迫零预编码矩阵。
在实际应用中，所述填入规则为从波束矩阵或者用户矩阵的第一列从上往下依次填写，直至最后一个波束元素或用户元素填入矩阵。
在实际应用中，将所述升序波束序列中的波束元素填入波束矩阵，将所述用户序列中的用户元素按照与所述波束矩阵同样的填入规则填入用户矩阵，之后还包括：判断所述波束矩阵的任一行中是否存在重复的波束元素；若是，确定选择波束序列中重复波束的用户集合、含有重复的波束元素的第一时隙集合以及仅含有一个重复的波束元素的第二时隙集合；所述重复波束为重复的波束元素对应的波束；确定所述第一时隙集合中每个时隙中重复波束出现的次数；从所述用户集合中选择用户个数与所述重复波束出现的次数相等的多个用户，并将一个用户保持选择最强波束，将剩余用户修改为选择次强波束，构建用户-波束组合；所述次强波束为为第二大模值对应的波束；确定最优用户-波束组合，并从所述用户集合中删除所述最优用户-波束组合中的用户，直至所述时隙集合中的每个时隙都处理完毕。
在实际应用中，确定最优用户-波束组合，并从所述用户集合中删除所述最优用户-波束组合中的用户，直至所述时隙集合中的每个时隙都处理完毕，之后还包括：判断所述用户集合中是否存在剩余用户；若是，将剩余用户加入至所述第二时隙集合中的时隙，所述第二时隙集合中的每个时隙仅有一个新的剩余用户加入；将新加入的用户取代所述时隙中原先使用重复波束的用户，并令所述新加入的用户仍使用所述重复波束。
实施例三
基于实施例一所提供的多用户通信系统的传输系统，本发明还提供了另一种多用户通信系统的传输方法。
多用户通信系统中共有个RF链路，能够在一个时隙中同时支持/>个用户。共有/>个用户，需要使用T个时隙传输。发射天线阵列包含N个天线/波束，传输时使用其中一个波束支持某个用户，如图3所示。
步骤1：信道估计模块获得用户波束空间信道矢量，k=1,2,…,K。其中，/>为用户k在波束1上的信道增益，依此类推，/>为用户N在波束N上的信道增益；K个用户的信道组合成波束空间信道矩阵/>。
步骤2：对用户波束空间信道矢量的每个元素取模，最大模值对应的波束即为用户k的最强波束/>，作为用户k使用的波束，即：，其中，/>表示取复数的模值，/>为用户k在波束n上的信道增益。
第二大模值对应的波束即为用户k的次强波束，即：，其中，/>为用户k在其最强波束上的信道增益，符号“\”表示从集合中减去某个元素或子集。
所有波束的集合为，用户的集合为/>。
步骤3：将全部用户选择的波束按用户序号依次排列，构成一个波束序列，即：。
例如：构成的波束序列为；选择各波束的用户依次排列构成对应的用户序列，即/>。
然后对波束序列的元素（即波束序号）按升序排列，构成一个新的升序波束序列bA，例如；同时得到与其对应的排序后的用户序列uA，例如。
用户序列中某个位置的用户，选择的波束为波束序列中相同位置的元素；在上例中，用户2#选择的波束为6#。
步骤4：构造一个T行、K/T=列的波束矩阵B。将升序波束序列的元素填入波束矩阵，从矩阵的第一列最上位置开始往下依次填写；第一列填写后，从第二列最上位置开始往下依次填写；依此类推，直到最后一个元素填入矩阵。例如T=3时的一个波束矩阵为：
。
构造一个同维度的用户矩阵U，将与升序波束序列对应的用户序列的元素按照同样规则填入该矩阵。例如：。
步骤5：用户矩阵的第t行即为时隙t中同时传输的K/T=个用户（/>）。
与此对应，波束矩阵的第t行即为时隙t中用户所使用的波束。通过上述用户调度方法，一个时隙中用户所用的波束之间的间隔已尽量拉大，即尽量避免了该时隙中用户选择相邻波束；而且尽量将使用相同波束的用户划分到了不同时隙。
例如，用户7、20、30都使用波束15，上述方法将这三个用户划分到了3个不同时隙中，尽量避免了一个时隙内有用户使用相同波束。
步骤6：时隙t中的K/T=个用户构成的多用户信道矩阵；其中，b为波束序号，u为用户序号，/>为矩阵B的第t行，/>为矩阵U的第t行，/>表示矩阵H的第b行、第u列元素构成的子矩阵。
即从矩阵中取/>行、/>列构成/>，所取行的序号为波束矩阵B的第t行的元素，所取列的序号为用户矩阵U的第t行的元素。则时隙t的迫零预编码矩阵。
该时隙中所达到的传输速率之和（总速率）；其中，其中/>为发射功率，/>为噪声功率，/>表示矩阵的迹，/>表示矩阵的共轭转置，/>表示逆矩阵。
步骤7：若波束矩阵B的某一行仍有重复的元素，如。
上述矩阵中第3行有两个重复元素128，表示第3个时隙中有两个用户使用了相同的波束128#。
这是由于出现大于T个相同波束造成的，上例中即有4个重复的128#波束，表示共有4个用户都选择了128#波束，造成第3行出现重复波束。如果波束序列中128#波束数量更多，则波束矩阵将有一行以上出现重复元素128#。
如图4所示，其中，A点、B点即为图3中两处位置，对于波束序列中出现次数p（）的重复波束b，处理方法如下。
步骤7-1：对于重复波束b，确定其对应的用户集合，即选择波束b的用户集合。同时确定含有重复元素的时隙（波束矩阵的行）集合，其中的时隙（行）都包含有两个及以上的重复元素b，每个时隙中元素b出现的次数为/>（/>），/>；M为/>中元素个数。仅含有一个元素b的时隙集合为/>。令集合/>中时隙序号/>。
步骤7-2：为时隙集合中的时隙/>局部修改用户调度及波束，消除其包含多个波束b的情形。
从用户集合选择/>个用户，其中一个用户保持选择最强波束不变，其他用户改为选择次强的波束。例如/>=3，选择3个用户/>，它们所选择的波束修改为/>。
上述选择的用户和波束构成一个用户-波束组合-/>。如果同样的用户/>，所选择的波束修改为/>，则构成另一个用户-波束组合/>-。
将一个用户-波束组合的波束，例如，放入波束矩阵B的第/>行替换/>个重复的波束b；将该用户-波束组合的用户，例如/>，放入用户矩阵U的第/>行替换使用重复波束b的/>个用户。按照步骤6计算替换后时隙/>所达到的总速率R。
确定最佳用户-波束组合。按照上述方法，用户集合所能产生的用户-波束组合共有/>种，其中符号C表示组合，/>表示集合中元素个数；相应共有个总速率R。从中选择总速率R最大的用户-波束组合，为最佳用户-波束组合。
将最佳组合中的个用户，例如/>，放入用户矩阵U的第/>行代替使用重复波束b的/>个用户；将最佳组合中的/>个波束，例如/>，放入波束矩阵B的第/>行代替重复的/>个波束b。从而消除了第/>行有/>个重复波束b的现象。
步骤7-3：更新用户集，从中删除步骤（7-2）产生的最佳用户-波束组合中的用户，例如/>；令/>；返回步骤7-2进行下一个时隙的处理，直至时隙集合/>中M个时隙都处理完毕。
步骤7-4：若用户集合中还有剩余用户，则依次将剩余用户放入集合/>中的时隙，每时隙一个用户，取代该时隙中原先使用波束b的用户；选择的波束仍然为波束b。
步骤7-5：如果波束序列中存在出现次数p（）的其它重复波束，则用同样的方法按照上述步骤7-1~步骤7-4依次处理。
例如，上例中波束矩阵B处理后为。
步骤8：对于最终产生的波束矩阵B和用户矩阵U，按照步骤6确定时隙t（）的迫零预编码矩阵P；将/>个用户数据流乘以迫零预编码矩阵P，生成NRF路数字基带信号。
步骤9：数模转换模块分别将预编码输出的数字基带信号转换成模拟基带信号。
步骤10：RF链路将模拟基带信号变换为射频信号。
步骤11：波束选择网络将RF链路输出的射频信号分别馈送到所选波束/天线上。
步骤12：透镜天线阵列放大由波束选择网络馈送的射频信号，以无线电磁波形式辐射出去。
步骤13：用户接收模块通过天线接收无线电信号，经过RF链路、模数转换器和等处理，分别输出用户的数据流。
如图5所示，天线阵元/波束数量N=256，RF链路数=20，隙数T=3，用户/设备数量K=60，信噪比SNR=6、9、12、15、18、21 dB。顺序调度指从用户集中依次取/>个用户用于一个时隙。
如图6所示，天线阵元/波束数量N=256，RF链路数=20，隙数T=2、3、4、5、6，用户/设备数量K=40、60、80、100、120，信噪比SNR=15 dB，顺序调度指从用户集中依次取/>个用户用于一个时隙。
如图7所示，天线阵元/波束数量N=256，时隙数T=3，RF链路数=6、8、10、12、14、16、18、20，用户/设备数量K=18、24、30、36、42、48、54、60，信噪比SNR=15dB，顺序调度指从用户集中依次取/>个用户用于一个时隙。
本发明首先为每个用户选择其最强波束，再将用户适当调度到不同时隙；在有时隙出现重复波束时，利用某些用户组合更换次强波束后传输速率下降不多的特性，调整时隙中的用户及波束，避免了该时隙的传输速率降低到0；最终提升了多用户系统的传输速率性能。由此，本发明方法产生如下有益技术效果：1）避免了同一个时隙中的用户选择相同波束导致的传输速率下降；2）降低多用户通信系统中波束选择的复杂度；3）提高总传输速率。
实施例四
本发明实施例提供一种电子设备包括存储器及处理器，该存储器用于存储计算机程序，该处理器运行计算机程序以使电子设备执行实施例二或实施例三提供的多用户通信系统的传输方法。
在实际应用中，上述电子设备可以是服务器。
在实际应用中，电子设备包括：至少一个处理器（processor）、存储器（memory）、总线及通信接口（Communications Interface）。
其中：处理器、通信接口、以及存储器通过通信总线完成相互间的通信。
通信接口，用于与其它设备进行通信。
处理器，用于执行程序，具体可以执行上述实施例所述的方法。
具体地，程序可以包括程序代码，该程序代码包括计算机操作指令。
处理器可能是中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC（Application SpecificIntegrated Circuit），或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。电子设备包括的一个或多个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或多个CPU；也可以是不同类型的处理器，如一个或多个CPU以及一个或多个ASIC。
存储器，用于存放程序。存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。
基于以上实施例的描述，本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序指令，计算机程序指令可被处理器执行以实现任意实施例所述的方法。
本申请实施例提供的支持多用户通信系统的传输方法的设施可能以多种形式存在，包括但不限于：
（1）蜂窝通信网络基站：基站与终端之间进行无线电信号的发射和接收，也负责部分无线资源管理与调度功能。例如5G网络中的gNB，4G网络中的eNB。
（2）无线接入点（AP）：无线AP供装有无线网卡的设备（如手机、笔记本电脑、智能仪表、智能传感器等）通过它接入一个无线局域网，可以用于宽带家庭、大楼内部、校园内部、园区内部以及仓库、工厂等场所。
例如，基站配置有图1所示的各功能模块。基站的控制单元获得来自于信道估计模块的波束信道矩阵，运行根据本申请提供的传输方法生成的软件程序，取得用户调度与波束选择结果，再传递给调无线资源管理与调度功能模块、波束选择网络予以实现。
移动用户终端或设备通过基站或接入点等接入移动互联网，包括智能手机、平板电脑、工业检测仪器和传感器等。终端中配置有通信模块，通过无线电信号与网络之间形成通信连接，传输信息。
本申请实施例提供的多用户通信系统的传输系统中的用户/终端包括但不限于：
（1）厂区智能物流、无人智能巡检设备。例如AGV（自动导引车），巡检机器人，无人机等。
（2）生产现场监测、设备故障诊断设备。例如高清摄像头，智能温度、湿度、烟尘、气体传感器，智能仪表等。
（3）机器视觉检测设备、远程操控设备。例如高清摄像头，PLC（可编程逻辑控制器）等。
（4）柔性生产设备。例如机械手控制器，智能位置、距离、速度、转速传感器，智能仪表等。
（5）现场辅助装配、协同研发设计设备。如VR（虚拟现实）、AR（增强现实）设备，高清摄像头等。
（6）蜂窝移动通信终端。这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供语音、数据通信为主要目标，包括智能手机、多媒体手机、功能性手机等。
至此，已经对本发明的特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作可以按照不同的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序，以实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理可以是有利的。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存（PRAM）、静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）、其他类型的随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能光盘（DVD）或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带、磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体（transitory media），如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种多用户通信系统，其特征在于，包括：信道估计模块、用户调度及波束选择模块、迫零预编码模块、数模转换模块、RF链路、波束选择网络、透镜天线阵列以及用户接收模块；
所述信道估计模块和所述用户调度与波束选择模块、所述迫零预编码模块以及所述波束选择网络之间逻辑连接；所述迫零预编码模块和所述数模转换模块之间通过网络连接；所述数模转换模块和所述RF链路之间电性连接；所述RF链路和所述波束选择网络之间电性连接；所述波束选择网络和所述透镜天线阵列之间电性连接；所述透镜天线阵列和所述用户接收模块之间无线连接；
所述信道估计模块，用于获得用户波束空间信道矢量；
所述用户调度与波束选择模块，用于根据所述用户波束空间信道矢量生成的波束序列，使得每个时隙中每个用户选择的波束符合要求，生成每个时隙的迫零预编码矩阵；所述要求为一个时隙中所有用户均选择不同的波束；
所述迫零预编码模块，用于根据所述迫零预编码矩阵对待传送数据进行处理；所述待传送数据为基站发送给每个用户的数据流；
所述数模转换模块，用于将根据所述待传送数据生成的数字基带信号转换成模拟基带信号；
所述RF链路，用于将所述模拟基带信号变频为射频信号；
所述波束选择网络，用于将每个所述RF链路的视频信号馈送至所选择的天线或波束上；
所述透镜天线阵列，用于放大由所述波束选择网络馈送的射频信号，并以无线电磁波的形式辐射出去；
所述用户接收模块，用于接收所述无线电磁波，译码恢复用户的数据流。
2.一种多用户通信系统的传输方法，其特征在于，所述传输方法应用于权利要求1所述的多用户通信系统的传输系统，所述传输方法包括：
利用信道估计模块获取用户波束空间信道矢量；
根据所述用户波束空间信道矢量生成波束序列；
根据所述波束序列，使得每个时隙中每个用户选择的波束符合要求，生成每个时隙的迫零预编码矩阵；所述要求为一个时隙中所有用户均选择不同的波束；
根据所述迫零编码矩阵将多个用户的数据流转换为多路数字基带信号；
利用数模转换模块将所述数字基带信号转换为模拟基带信号；
利用RF链路将所述模拟基带信号变换为射频信号；
利用波束选择网络将所述射频信号馈送至所选择的天线或波束上；
利用透镜天线阵列放大由所述波束选择网络馈送的射频信号，并以无线电磁波的形式辐射出去；
利用用户接收模块接收所述无线电磁波，译码恢复用户的数据流。
3.根据权利要求2所述的多用户通信系统的传输方法，其特征在于，根据所述用户波束空间信道矢量生成波束序列，具体包括：
对所述用户波束空间信道矢量的每个元素进行取模，将最大模值对应的波束作为用户的最强波束；
按照用户序号顺序排列所有用户的最强波束，生成波束序列。
4.根据权利要求3所述的多用户通信系统的传输方法，其特征在于，根据所述波束序列，使得每个时隙中每个用户选择的波束符合要求，生成每个时隙的迫零预编码矩阵，具体包括：
对所述波束序列中的各个波束元素按升序排列，生成升序波束序列，同时得到与所述升序波束序列对应的用户序列；
将所述升序波束序列中的波束元素填入波束矩阵，将所述用户序列中的用户元素按照与所述波束矩阵同样的填入规则填入用户矩阵；所述波束矩阵中的一行表征一个时隙，每行中的波束元素表征每个时隙中每个用户所选择的波束；
根据所述用户矩阵，确定每个时隙中多个用户构成的多用户信道矩阵；
根据所述多用户信道矩阵确定每个时隙的迫零预编码矩阵。
5.根据权利要求4所述的多用户通信系统的传输方法，其特征在于，所述填入规则为从波束矩阵或者用户矩阵的第一列从上往下依次填写，直至最后一个波束元素或用户元素填入矩阵。
6.根据权利要求4所述的多用户通信系统的传输方法，其特征在于，将所述升序波束序列中的波束元素填入波束矩阵，将所述用户序列中的用户元素按照与所述波束矩阵同样的填入规则填入用户矩阵，之后还包括：
判断所述波束矩阵的任一行中是否存在重复的波束元素；
若是，确定选择波束序列中重复波束的用户集合、含有重复的波束元素的第一时隙集合以及仅含有一个重复的波束元素的第二时隙集合；所述重复波束为重复的波束元素对应的波束；
确定所述第一时隙集合中每个时隙中重复波束出现的次数；
从所述用户集合中选择用户个数与所述重复波束出现的次数相等的多个用户，并将一个用户保持选择最强波束，将剩余用户修改为选择次强波束，构建用户-波束组合；所述次强波束为为第二大模值对应的波束；
确定最优用户-波束组合，并从所述用户集合中删除所述最优用户-波束组合中的用户，直至所述时隙集合中的每个时隙都处理完毕。
7.根据权利要求6所述的多用户通信系统的传输方法，其特征在于，确定最优用户-波束组合，并从所述用户集合中删除所述最优用户-波束组合中的用户，直至所述时隙集合中的每个时隙都处理完毕，之后还包括：
判断所述用户集合中是否存在剩余用户；若是，将剩余用户加入至所述第二时隙集合中的时隙，所述第二时隙集合中的每个时隙仅有一个新加入的剩余用户；
将新加入的剩余用户取代所述时隙中原先使用重复波束的用户，并仍使用所述重复波束。
8.根据权利要求2-7任一项所述的多用户通信系统的传输方法，其特征在于，当多用户通信系统使用多个子载波同时与多个用户通信时，将所述时隙替换为子载波。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行如权利要求2-8中任一项所述的多用户通信系统的传输方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求2-8中任一项所述的多用户通信系统的传输方法。
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