本發(fā)明屬于無線通信，針對機場場面飛機、保障車輛等終端實時波束賦形的應(yīng)用需求，具體涉及一種5g?aeromacs的分布式感知輔助波束選擇方法。

背景技術(shù)：

1、波束選擇是多天線系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，通過在用戶與基站間建立高度定向鏈路，顯著提高通信系統(tǒng)可靠性。在機場系統(tǒng)中，由于飛機、保障車輛等終端具有高度的移動性，終端位置發(fā)生變化后終端和基站需要重新進行快速波束賦形以保證定向鏈路的穩(wěn)定性。然而，快速波束選擇的難點是如何實時計算波束賦形矩陣，在終端高動態(tài)的場景下，需要對收發(fā)兩端迭代進行求解，從而計算波束賦形矩陣，需要大量的系統(tǒng)開銷。此外，實際中也很難先獲取精確的信道狀態(tài)信息來進行波束選擇。

2、雖然目前已有工作研究了波束選擇問題，但可應(yīng)用的技術(shù)方案并不滿足高動態(tài)場景下的波束選擇的需求。相關(guān)技術(shù)研究的主要問題體現(xiàn)在以下三個方面：一方面，現(xiàn)有的波束選擇技術(shù)假定終端在一段時間內(nèi)保持靜止，不能滿足高動態(tài)場景的通信需求。另一方面，現(xiàn)有的波束賦形算法復(fù)雜度高、實時性差等問題。另外，現(xiàn)有的波束選擇技術(shù)沒有充分利用機場具有多個基站的特點，不能充分利用分布式基站資源。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本發(fā)明針對機場場景下高動態(tài)終端如機載終端、車載終端等提供一種5g?aeromacs的分布式感知輔助波束選擇方法，通過提取終端多模態(tài)特征實現(xiàn)了在飛機、地面車輛高速移動的機場場景下快速的波束碼字選擇，更具體地說，通過注意力機制提取高動態(tài)終端位置、速度和姿態(tài)的多模態(tài)特征，通過聯(lián)邦學(xué)習(xí)實現(xiàn)多基站協(xié)同訓(xùn)練波束選擇，采用波束賦形碼本，提高了運算效率，提升通信系統(tǒng)性能，解決現(xiàn)有技術(shù)中機場通信時效性不足，波束開銷大的問題。

2、本發(fā)明提供了一種5g?aeromacs?的分布式感知輔助波束選擇方法，具體步驟如下：

3、步驟1.?建立機場通信波束選擇模型；基于機場通信波束選擇模型構(gòu)建最大化網(wǎng)絡(luò)對于實際最佳波束對應(yīng)碼字標簽預(yù)測的準確性模型；

4、步驟2.獲得高動態(tài)終端數(shù)據(jù)；

5、步驟3.基于步驟2獲得的高動態(tài)終端數(shù)據(jù)和步驟1的最大化網(wǎng)絡(luò)對于實際最佳波束對應(yīng)碼字標簽預(yù)測的準確性模型，訓(xùn)練獲得分布式感知輔助mimo基站波束選擇模型；

6、步驟4.使用步驟3獲得的分布式感知輔助mimo基站波束選擇模型對待選擇的高動態(tài)終端向基站的波束進行波束選擇，獲取最大權(quán)重的波束碼字標簽時對應(yīng)的最優(yōu)通信傳輸速率。

7、可選地，步驟1中機場通信波束選擇模型包括高動態(tài)終端向單個基站發(fā)送單個子載波下的信道矩陣和基站接收的信號模型。

8、可選地，步驟1中基于機場通信波束選擇模型構(gòu)建最大化網(wǎng)絡(luò)對于實際最佳波束對應(yīng)碼字標簽預(yù)測的準確性模型的具體步驟為：

9、在機場通信波束選擇模型下構(gòu)建通信傳輸速率的優(yōu)化問題；

10、將通信傳輸速率的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為尋找實際最佳波束對應(yīng)碼字標簽的問題，在機場通信波束選擇模型下，構(gòu)建理論最佳波束對應(yīng)碼字標簽估計模型；

11、基于理論最佳波束對應(yīng)碼字標簽估計，構(gòu)建最大化網(wǎng)絡(luò)對于實際最佳波束對應(yīng)碼字標簽預(yù)測的準確性模型。

12、可選地，通信傳輸速率的表達是為：

13、

14、其中，表示第個時間塊的通信傳輸速率；表示第個時間塊高動態(tài)終端向單個基站發(fā)送單個子載波下的信道矩陣；表示第個時間塊選擇的碼字；為第個時間塊內(nèi)高動態(tài)終端發(fā)出的信號；表示噪聲方差；表示通信帶寬。

15、可選地，高動態(tài)終端數(shù)據(jù)包括高動態(tài)終端相對于基站的位置、速度和姿態(tài)的終端信息。

16、可選地，高動態(tài)終端數(shù)據(jù)還包括高動態(tài)終端按碼本對所有基站進行波束掃描，獲取的每個基站采集的高動態(tài)終端各個時間塊下選擇的碼字標簽所對應(yīng)的接受信號強度中，信號強度最大時高動態(tài)終端采用的實際最佳波束對應(yīng)碼字標簽。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有現(xiàn)如下有益效果：

18、（1）本發(fā)明的波束選擇方法選用分布式多基站協(xié)同的方法，以低內(nèi)存消耗進行波束選擇，適用于實時波束選擇場景；

19、（2）本發(fā)明的波束選擇方法所提出的分布式感知輔助mimo基站波束選擇運算復(fù)雜度低，適合飛機、保障車輛等終端高動態(tài)的機場場景；

20、（3）本發(fā)明的波束選擇方法結(jié)合分布式感知輔助mimo基站波束選擇算法中各節(jié)點同時進行訓(xùn)練，將計算量分散到各基站，提高了學(xué)習(xí)效率。

技術(shù)特征：

1.一種5g?aeromacs的分布式感知輔助波束選擇方法，其特征在于，具體步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波束選擇方法，其特征在于，步驟1中機場通信波束選擇模型包括高動態(tài)終端向單個基站發(fā)送單個子載波下的信道矩陣和基站接收的信號模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波束選擇方法，其特征在于，步驟1中基于機場通信波束選擇模型構(gòu)建最大化網(wǎng)絡(luò)對于實際最佳波束對應(yīng)碼字標簽預(yù)測的準確性模型的具體步驟為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的波束選擇方法，其特征在于，通信傳輸速率的表達是為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波束選擇方法，其特征在于，高動態(tài)終端數(shù)據(jù)包括高動態(tài)終端相對于基站的位置、速度和姿態(tài)的終端信息。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波束選擇方法，其特征在于，高動態(tài)終端數(shù)據(jù)還包括高動態(tài)終端按碼本對所有基站進行波束掃描，獲取的每個基站采集的高動態(tài)終端各個時間塊下選擇的碼字標簽所對應(yīng)的接受信號強度中，信號強度最大時高動態(tài)終端采用的實際最佳波束對應(yīng)碼字標簽。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種5G?AeroMACS的分布式感知輔助波束選擇方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明針對機場場景下高動態(tài)終端如機載終端、車載終端等提供一種5G?AeroMACS的分布式感知輔助波束選擇方法，通過提取終端多模態(tài)特征實現(xiàn)了在飛機、地面車輛高速移動的機場場景下快速的波束碼字選擇，更具體地說，通過注意力機制提取高動態(tài)終端位置、速度和姿態(tài)的多模態(tài)特征，通過聯(lián)邦學(xué)習(xí)實現(xiàn)多基站協(xié)同訓(xùn)練波束選擇，采用波束賦形碼本，提高了運算效率，提升通信系統(tǒng)性能，解決現(xiàn)有技術(shù)中機場通信時效性不足，波束開銷大的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：朱衍波,趙晶晶,楊修遠,蔡開泉,周全
受保護的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6