[发明专利]基于波束索引地图的免信道训练大维通信波束对齐方法

权利要求书

1.一种基于波束索引地图的免信道训练大维通信波束对齐方法，其特征在于该方法中，基于实际的无线通信环境及用户精确位置坐标，通过离线射线追踪仿真计算、离线实地测量或在线实时测量方式获取通信环境感知的信道知识数据，通过数据预测与扩充方法，构建以位置信息为索引的最优波束对数据库，对基站服务范围内的所有空间位置提供最优波束索引；同时基于上述波束索引地图，使用北斗、GPS、5G高精度定位系统获取用户位置信息及相关参数，并通过已构建的波束索引地图选择基站端和用户端的最优波束对；具体如下：

（1）.初始数据收集阶段：通过对通信场景的实际测量或通过寻找当地地理信息地图方式获取真实地理环境数据G以及环境中各物体的电磁参数E，或者通过相应的设备实地处理和记录所需范围内可测量位置的波束选择结果I_off及对应的位置p_off，还可以收集基站的波束选择结果I_on，并将这些信息与测量点位置信息p_on一一对应；

（2）.仿真模拟阶段：通过步骤（1）中收集到的真实地理环境数据G和环境中各物体的电磁参数E对所处真实信道环境进行建模，然后运用射线追踪方法基于建模结果估计地图中格点间的信道状态，并根据估计出的信道选择各位置的最佳波束索引I_sim，将其与各点的位置信息p_sim一一对应；

（3）.地图构建阶段：通过对以上数据的综合，得到已知点位置信息p_tran及其对应的波束索引I_tran，并将其作为训练数据，通过支持向量机，K最邻近算法和深度学习方法，对未知位置的波束索引进行预测，构建出服务范围内完整的波束索引地图；

（4）.信息获取阶段：在通信前，基站端通过对用户端的定位获取用户端的位置信息p，或用户端通过北斗、GPS定位系统，获取位置信息，并将该位置信息p发送给基站端；

（5）.波束选择阶段：基站端通过对天气因素、任务需求因素的分析，选择相应的波束索引地图，并根据步骤（4）中所获得的位置信息p，获取对应于该位置信息的基站端和用户端的最佳波束索引；

（6）.波束对齐阶段：基站端使用步骤（5）中得到的基站端最佳波束索引对应的最佳波束进行通信，并将得到的用户最佳波束索引反馈给用户端，用户根据得到的最佳波束索引，使用对应的波束进行通信；

（7）.通信阶段：在接下来的t时间段内，基站端和用户端继续使用步骤（6）中的最佳波束进行通信，直到时间t结束；

（8）.波束重新对齐阶段：当时间t结束后，基站和用户判断是否需要继续通信，如果不需要继续通信，则整个通信过程结束；若需要继续通信，则重复步骤（4）-（7）过程直到通信结束；

（9）.地图更新阶段：当地图使用时间到达使用周期T时，为保证地图的准确性，需要对地图进行更新，地图更新又可分为以下两个阶段：

（10）.更新位置选择阶段：更新位置选择有两种方式，一是基于环境的方式，服务范围内有小部分地区发生了改变，则需要对该位置附近范围内的区域的地图进行更新；二是基于通信质量的方式，经过一段时间的实际通信，可以判断哪些位置的通信质量未达预期，即可对之及周围范围进行更新；

（11）.更新方式选择阶段：更新方式的选择也有两种，即离线更新和在线更新，离线更新通过线下计算待更新范围内的波束索引类似步骤（1）-（3），并将数据上传，覆盖原始数据，在线更新通过基站对待测量范围内的通信进行波束训练并实时测量记录，上传到波束索引地图数据库，对待更新范围进行逐步更新；

（12）.地图重构阶段：当服务范围内的地理环境或电磁环境发生重大的改变时，需要对整个地图进行重建，即再次进行步骤（1）-（3）。