[发明专利]一种面向无人机毫米波通信的快速波束训练与追踪方法

说明书

本发明提供了一种面向无人机毫米波通信的快速波束训练与追踪方法。所述面向无人机毫米波通信的快速波束训练与追踪方法包括如下步骤：预设符合混合波束成形架构的分层码本，根据传统的多层级波束训练方式进行波束的匹配搜索，找到最优波束并发射通信信号。本发明的有益效果是：所示面向无人机毫米波通信的快速波束训练与追踪方法利用了毫米波通信主要为LOS路径和无人机移动的连续性特点，在大部分波束失配场景中，能够比传统分层训练方案更快地找到新的匹配波束。

技术领域

本发明具体地涉及一种面向无人机毫米波通信的快速波束训练与追踪方法。

背景技术

无人机是一种使用无线电设备遥控或自带程序控制装置操纵而不载人的飞行器。无人机具有架构简单、可动态部署、造价低廉、减少人员伤亡的特点，已在各个领域扮演着极其重要的角色。无人机飞行过程中需要通过通信网络与地面控制中心持续进行数据传输。近年来，毫米波阵列通信被认为是解决无人机Gbit带宽通信的重要手段。在无人机与地面端进行毫米波通信时，由于无人机较强移动性造成的光束对准是整个通信系统开销的主要来源。针对这个问题，研究者们提出了波束训练的方法，该方法能够可以在不采用信道估计的情况下使通信波束达到匹配。而如何对波束训练的手段进行改进，减低训练时间与开销是改进无人机毫米波通信的重要方向之一。

在地面与无人机波束训练的过程中，使用基于波束码本的解决方案是实现系统复杂性与高性能之间的折中设计。通过预先设定的码字控制波束方向从而达到波束调向的作用，与此同时无人机接收端对发射端利用不同方向波束发射的训练符号进行分析，找到码本中适合该时刻通信的最佳码字，从而完成训练的过程并进行数据传输。若通信质量下降到一定程度，系统将认为此时无人机已脱离该波束覆盖区域，从而重新进行波束训练。不难发现，该方案具有复杂度小、步骤简单易于操作的优点，但是无人机的高移动性往往使波束训练这一过程变得更加频繁，穷举式的波束训练方法带来的额外开销将大大增大训练时间与成本，因此，如何设计出一种适合于无人机的快速波束训练与追踪算法是有必要的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷或问题，提供一种面向无人机毫米波通信的快速波束训练与追踪方法。

本发明的技术方案如下：一种面向无人机毫米波通信的快速波束训练与追踪方法：包括如下步骤：预设符合混合波束成形架构的分层码本，根据传统的多层级波束训练方式进行波束的匹配搜索，找到最优波束并发射通信信号。

优选地，还包括如下步骤：如果无人机由于任务机动脱离波束覆盖区域，则采用改进的引入退避机制的波束训练方案从而找到该时段的最优匹配波束。

优选地，预设符合混合波束成形架构的分层码本的步骤包括如下步骤：

步骤1.1：在混合波束预编码系统架构的基础上将码本分为S个不同的层级，保证每一层级的波束成形码本所产生的波束宽度与形状均相同，其中，S为正整数；

步骤1.2：找到满足步骤1.1中各个层级最优的码本方案。

优选地，在步骤1.1中，具体码本的设计方法如下：

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

其中，s表示层级数，并且s＝1,2,..,S，k表示该层子波束的所属上层波束所在的序号，k＝1,2,...,K^s-1，K表示能够每一波束拥有的下一层子波束个数，所以(s,k,m)表示为第s层第k个子集的第m个波束，m＝1,2,...,K；