[發明專利]一種面向無人機毫米波通信的快速波束訓練與追蹤方法

有效

• 申請號: 201811293752.6
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109245805B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 仲偉志;徐磊;王磊;顧勇
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/0456;H04B7/06;H04B7/185
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發明提供了一種面向無人機毫米波通信的快速波束訓練與追蹤方法。所述面向無人機毫米波通信的快速波束訓練與追蹤方法包括如下步驟：預設符合混合波束成形架構的分層碼本，根據傳統的多層級波束訓練方式進行波束的匹配搜索，找到最優波束并發射通信信號。本發明的有益效果是：所示面向無人機毫米波通信的快速波束訓練與追蹤方法利用了毫米波通信主要為LOS路徑和無人機移動的連續性特點，在大部分波束失配場景中，能夠比傳統分層訓練方案更快地找到新的匹配波束。

技術領域

本發明具體地涉及一種面向無人機毫米波通信的快速波束訓練與追蹤方法。

背景技術

無人機是一種使用無線電設備遙控或自帶程序控制裝置操縱而不載人的飛行器。無人機具有架構簡單、可動態部署、造價低廉、減少人員傷亡的特點，已在各個領域扮演著極其重要的角色。無人機飛行過程中需要通過通信網絡與地面控制中心持續進行數據傳輸。近年來，毫米波陣列通信被認為是解決無人機Gbit帶寬通信的重要手段。在無人機與地面端進行毫米波通信時，由于無人機較強移動性造成的光束對準是整個通信系統開銷的主要來源。針對這個問題，研究者們提出了波束訓練的方法，該方法能夠可以在不采用信道估計的情況下使通信波束達到匹配。而如何對波束訓練的手段進行改進，減低訓練時間與開銷是改進無人機毫米波通信的重要方向之一。

在地面與無人機波束訓練的過程中，使用基于波束碼本的解決方案是實現系統復雜性與高性能之間的折中設計。通過預先設定的碼字控制波束方向從而達到波束調向的作用，與此同時無人機接收端對發射端利用不同方向波束發射的訓練符號進行分析，找到碼本中適合該時刻通信的最佳碼字，從而完成訓練的過程并進行數據傳輸。若通信質量下降到一定程度，系統將認為此時無人機已脫離該波束覆蓋區域，從而重新進行波束訓練。不難發現，該方案具有復雜度小、步驟簡單易于操作的優點，但是無人機的高移動性往往使波束訓練這一過程變得更加頻繁，窮舉式的波束訓練方法帶來的額外開銷將大大增大訓練時間與成本，因此，如何設計出一種適合于無人機的快速波束訓練與追蹤算法是有必要的。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的缺陷或問題，提供一種面向無人機毫米波通信的快速波束訓練與追蹤方法。

本發明的技術方案如下：一種面向無人機毫米波通信的快速波束訓練與追蹤方法：包括如下步驟：預設符合混合波束成形架構的分層碼本，根據傳統的多層級波束訓練方式進行波束的匹配搜索，找到最優波束并發射通信信號。

優選地，還包括如下步驟：如果無人機由于任務機動脫離波束覆蓋區域，則采用改進的引入退避機制的波束訓練方案從而找到該時段的最優匹配波束。

優選地，預設符合混合波束成形架構的分層碼本的步驟包括如下步驟：

步驟1.1：在混合波束預編碼系統架構的基礎上將碼本分為S個不同的層級，保證每一層級的波束成形碼本所產生的波束寬度與形狀均相同，其中，S為正整數；

步驟1.2：找到滿足步驟1.1中各個層級最優的碼本方案。

優選地，在步驟1.1中，具體碼本的設計方法如下：

s.t.[F_RF,(s,k,m)]_:,i∈{Α_Q},i＝1,2,...,N_RF

其中，s表示層級數，并且s＝1,2,..,S，k表示該層子波束的所屬上層波束所在的序號，k＝1,2,...,K^s-1，K表示能夠每一波束擁有的下一層子波束個數，所以(s,k,m)表示為第s層第k個子集的第m個波束，m＝1,2,...,K；