[发明专利]一种面向无人机基站通信的毫米波波束生成方法

说明书

本发明公开了一种面向无人机基站通信的毫米波波束生成方法，包括：计算区域量化后波束对应的空间域；结合阵列响应，计算量化区域对应波束的理想模型；在理想波束模型的基础上，计算理想波束预编码矩阵；根据计算得到的理想波束预编码矩阵，采用改进的DDL‑GP算法获取适合实际系统的波束预编码方案。本发明基于毫米波大规模阵列天线下的混合波束预编码系统，相比于传统混合波束设计方案能够有效提高通信容量和覆盖效率。

技术领域

本发明涉及毫米波波束赋形，属于无线通信技术领域，具体而言涉及一种面向无人机基站通信的毫米波波束生成方法。

背景技术

无人机是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机,具有低成本、可快速部署、广覆盖等特征，可作为空中基站，为地面用户提供通信服务，为了满足无人机基站对高传输速率的追求，毫米波段凭借着具有巨大的免许可连续带宽，并可实现的吉比特级传输速率，在无人机通信系统中受到研究者的广泛关注。但是，由于毫米波的高频段，会面临较大的路径增益损耗，为了弥补传播损耗这一问题，无人机毫米波通信需要用大规模天线阵列下的波束成形技术来改善链路质量。

波束成形系统分为模拟波束成形系统、数字波束成形系统和混合波束成形系统。其中，模拟波束成形系统有幅度恒定的限制和相位控制分辨率较低的问题，而纯数字系统会拥有较多的元器件的消耗，大大增加了系统的成本，且复杂度较高不利于运用在实际系统中。而混合波束成形系统综合考虑了二者的优缺点，可以在不消耗大量元器件的情况下得到最优的波束效果。在具体求解过程中，首先根据阵元响应和信道特性得到的无限制理想波束预编码矢量，再根据系统中有限的射频链数目得到次优的闭式近似值，从而获得适合实际系统的波束设计方法。

传统的无人机毫米波波束覆盖方法产生的波束较窄，不利于对大范围区域进行覆盖，而部分方法得到的宽波束在区域边缘通信质量恶化，使区域内的通信效果不均匀。因此，有必要研究一种考虑整体覆盖效果的面向无人机基站通信的毫米波波束设计方法。

发明内容

基于前述技术问题，本发明目的在于提供一种面向无人机基站通信的毫米波波束生成方法，首先提出在空间域上将无人机波束覆盖区域进行分块量化，获得对应波束的阵列响应范围；而后，对量化区域对应的理想波束模型运用逆离散时间傅里叶变换，以获得理想的发射端波束预编码向量；最后，基于理想预编码向量采用改进的DDL-GP算法获得了最优的混合预编码方法。本发明基于毫米波大规模阵列天线下的混合波束预编码系统，相比于传统混合波束设计方案能够有效提高通信容量和覆盖效率。

为达成上述目的，结合图1，本发明提出一种面向无人机基站通信的毫米波波束生成方法，所述波束生成方法包括：

S1：计算区域量化后波束对应的空间域；

S2：结合阵列响应，计算量化区域对应波束的理想模型；

S3：在理想波束模型的基础上，计算理想波束预编码矩阵；

S4：根据计算得到的理想波束预编码矩阵，采用改进的DDL-GP算法获取适合实际系统的波束预编码方案。

进一步的实施例中，步骤S1中，所述计算区域量化后波束对应的空间域的过程包括以下步骤：

S11：考虑一个阵元间距为半波长且发射角为(ψ_ht,ψ_vt)∈[-π/2,π/2)×[-π/2,π/2)的发射波束，计算该波束对应的空间域，方法如下：

(ψ_h,ψ_v)∈[-π,π)×[-π,π)