[發明專利]面向航空通信的自適應波束賦形方法

有效

• 申請號: 202010556047.1
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111726157B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 趙磊;黃頌康;江明
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04W16/28
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

1.面向航空通信的自適應波束賦形方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：構建一個基站BS配置多副天線的航空通信系統，系統中每個小區均被扇區化；

S2：計算扇區內的波束增益，得到理想的公共信道波束的波束方向圖作為基準波束方向圖；

S3：構建自適應波束賦形的優化模型，即PBAB的優化模型；

S4：求解PBAB的優化模型，得到波束賦形矢量，完成面向航空通信的自適應波束賦形方法；

所述步驟S1具體為：在每個扇區中，BS使用天線數目為M的均勻直線陣，即ULA，服務該扇區內的UE；定義歸一化天線間距為其中是實際的天線間距，λ是載波波長；定義為信號的離開角，ULA指向θ方向的導向矢量為：

v(θ)＝[1 e^j2πdsinθ e^j2π2dsinθ … e^{j2π(M-1)dsinθ}]^T∈C^M (1)

定義波束賦形矢量為：

w＝[w₀ w₁ … w_M-1]^T∈C^M (2)

并對天線的總發射功率進行歸一化，即w^Hw＝1；基于以上定義，使用波束方向圖表示波束在θ方向上的歸一化波束增益，其表達式為：

至此，完成航空通信系統的構建；

在所述航空通信系統中，BS在特定的時隙上周期性地發送公共信號，UE在這些時隙上對公共信號進行接收；UE對公共信號的接收通常發生在與BS建立連接的過程，這一過程可以是小區間切換過程，也可以是首次接入網絡的過程；因此，考慮兩種類型的UE，包括正在切換的UE，簡記為UE-HO和首次接入網絡的UE，簡記為UE-IA；因此有：

UE-HO在從其他小區切換進入新的小區時，需要將自己的位置信息發送給源BS，即當前所在小區的BS；源BS通過BS間的互連接口將該位置信息發送給目標BS，即目標小區的BS；隨后，目標BS利用獲得的UE-HO的位置信息計算公共信道的波束賦形矢量，從而為UE-HO提供更高的波束增益；對于UE-IA，由于是首次接入網絡，并非從其他小區切換而來，其位置信息在BS處不可用，因此，所設計的波束需要在扇區內各方向盡可能有相同的增益。

2.根據權利要求1所述的面向航空通信的自適應波束賦形方法，其特征在于，在所述步驟S1中，被扇區化后的每個扇區的角度區間為S＝[θ_min,θ_max]，θ_min和θ_max分別表示扇區角度的最小值和最大值。

3.根據權利要求2所述的面向航空通信的自適應波束賦形方法，其特征在于，所述步驟S2具體為：

當UE的信道狀態信息，即CSI在BS端不可用時，理想的公共信道波束的波束方向圖的表達式為：

其中表示扇區外的角度區間，定義為ξ是扇區內的波束增益，其值為：

ξ是一個與θ無關的值，只與扇區的角度范圍有關；式(4)說明理想的公共信道波束在扇區內有恒定的波束增益，在扇區外波束增益為0，是一個平坦的扇區波束，因此將式(4)所示的波束方向圖為基準，結合UE的位置信息對公共信道的波束進行優化，進一步提高UE接收公共信號的性能。