本發(fā)明涉及無線通信，尤其涉及一種5g?aeromacs的通信小區(qū)切換方法。

背景技術(shù)：

1、5g?機(jī)場航空移動通信系統(tǒng)（aeronautical?mobile?airport?communicationssystem,?aeromacs）作為專為機(jī)場場面區(qū)域設(shè)計(jì)的航空寬帶移動通信系統(tǒng)，為機(jī)場場面和廊橋區(qū)域提供無線網(wǎng)絡(luò)連接，即為飛機(jī)、各類地面車輛和設(shè)備提供通信服務(wù)，主要用于安全可靠地傳輸與機(jī)場運(yùn)行相關(guān)的信息。但機(jī)場場面環(huán)境復(fù)雜且動態(tài)多變，包含飛機(jī)、各類地面車輛、塔臺等多種移動單元和固定設(shè)施，它們在有限空間內(nèi)高速運(yùn)動，形成密集的交通流和信息流。同時(shí)，在天氣變化、航空器起降、航班調(diào)度和安全監(jiān)管等多種影響因素影響下，5g機(jī)場航空移動通信系統(tǒng)必須滿足機(jī)場場面的實(shí)時(shí)通信需求，提供穩(wěn)定、高效的通信服務(wù)，支持機(jī)場表面的安全運(yùn)行和高效管理。

2、機(jī)場場面區(qū)域由多個(gè)通信小區(qū)覆蓋，當(dāng)某個(gè)通信小區(qū)的通信質(zhì)量不滿足需求時(shí)，設(shè)備可以切換到其他通信小區(qū)以維持通信的連續(xù)性和穩(wěn)定性。切換過程包括切換觸發(fā)、切換判決和切換執(zhí)行，確保設(shè)備在航站樓、跑道或停機(jī)位之間移動時(shí)不中斷通信，從而保障通信效率和飛行安全。然而，現(xiàn)有研究通常側(cè)重于信號強(qiáng)度或網(wǎng)絡(luò)負(fù)載等單一因素，未能充分考慮切換的復(fù)雜性和動態(tài)性。此外，現(xiàn)有方法往往依賴于預(yù)設(shè)規(guī)則，難以及時(shí)響應(yīng)環(huán)境變化，導(dǎo)致切換決策的實(shí)時(shí)性不足。因此，在復(fù)雜電磁環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)考慮多因素的機(jī)場場面通信小區(qū)智能化通信切換，成為滿足機(jī)場場面設(shè)備通信需求的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為應(yīng)對復(fù)雜電磁環(huán)境中對機(jī)場場面通信小區(qū)切換高可靠性和高實(shí)時(shí)性需求的挑戰(zhàn)，本發(fā)明提出了一種5g?aeromacs的通信小區(qū)切換方法。構(gòu)建基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法的機(jī)場場面通信小區(qū)切換模型，通過考慮接收信號強(qiáng)度、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和剩余服務(wù)時(shí)間的加權(quán)服務(wù)質(zhì)量函數(shù)，實(shí)現(xiàn)高效智能的目標(biāo)通信小區(qū)選擇，提升通信切換效率和通信質(zhì)量。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：

3、一種5g?aeromacs的通信小區(qū)切換方法，包括以下步驟：

4、步驟s1：構(gòu)建面向機(jī)場場面通信小區(qū)切換的系統(tǒng)模型，以描述機(jī)場場面設(shè)備和通信小區(qū)基站的通信信道狀態(tài)以及空間狀態(tài)；

5、步驟s2：基于接收信號強(qiáng)度、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和剩余服務(wù)時(shí)間三個(gè)因素，構(gòu)建最大化服務(wù)質(zhì)量的通信小區(qū)選擇的優(yōu)化問題；

6、步驟s3：采用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法求解所述優(yōu)化問題，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)場場面的智能化通信小區(qū)切換，保證通信質(zhì)量。

7、進(jìn)一步的，所述步驟s1具體包括：設(shè)機(jī)場場面設(shè)備沿既定路徑移動，在時(shí)間時(shí)進(jìn)入當(dāng)前通信小區(qū)，位置為，此時(shí)通信的當(dāng)前通信小區(qū)基站位置為，機(jī)場場面設(shè)備在當(dāng)前通信小區(qū)繼續(xù)移動，時(shí)進(jìn)入當(dāng)前通信小區(qū)基站和下一通信小區(qū)基站的覆蓋重疊區(qū)域，此時(shí)機(jī)場場面設(shè)備位置為，當(dāng)前通信小區(qū)為 c1，下一通信小區(qū)為 c2；和之間的距離表示為：

8、(1)

9、rice衰落信道模型 h( t)表示為：

10、(2)

11、其中，是rice系數(shù)，和分別代表視距傳輸部分和非視距傳輸部分，分別表示為：

12、(3)

13、(4)

14、其中，表示在參考距離時(shí)的路徑損耗，表示機(jī)場場面設(shè)備與基站之間的距離，和分別表示視距傳輸系數(shù)和非視距傳輸系數(shù)，表示循環(huán)對稱復(fù)高斯變量。

15、進(jìn)一步的，所述步驟s2具體包括：

16、步驟s2-1：建立接收信號強(qiáng)度模型：

17、(5)

18、其中，表示接收信號強(qiáng)度，表示通信小區(qū)，是發(fā)射信號功率，是發(fā)射天線增益，是接收天線增益，；

19、歸一化后的接收信號強(qiáng)度表示為：

20、(6)

21、步驟s2-2：建立網(wǎng)絡(luò)負(fù)載模型：

22、(7)

23、其中，表示網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，、、和分別表示通信小區(qū)內(nèi)的機(jī)場場面接入設(shè)備數(shù)量、平均數(shù)據(jù)傳輸量、平均數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬，是根據(jù)機(jī)場場面實(shí)際情況和網(wǎng)絡(luò)的具體配置相關(guān)的映射函數(shù)；

24、歸一化后的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載表示為：

25、(8)

26、步驟s2-3：建立剩余服務(wù)時(shí)間模型：

27、(9)

28、(10)

29、其中，表示當(dāng)前通信小區(qū)的剩余服務(wù)時(shí)間，表示下一通信小區(qū)的剩余服務(wù)時(shí)間，時(shí)機(jī)場場面設(shè)備在當(dāng)前通信小區(qū)的接收信號強(qiáng)度降低到預(yù)設(shè)臨界值，表示至之間的任意時(shí)刻，表示機(jī)場場面設(shè)備從當(dāng)前通信小區(qū)的接收信號強(qiáng)度降低到預(yù)設(shè)臨界值的位置移動到與當(dāng)前通信小區(qū)的信號完全斷開的位置的時(shí)間間隔，時(shí)機(jī)場場面設(shè)備在下一通信小區(qū)的接收信號強(qiáng)度降低到預(yù)設(shè)臨界值，表示機(jī)場場面設(shè)備從下一通信小區(qū)的接收信號強(qiáng)度降低到預(yù)設(shè)臨界值的位置移動到與下一通信小區(qū)的信號完全斷開的位置的時(shí)間間隔；

30、歸一化后的剩余服務(wù)時(shí)間表示為：

31、(11)

32、步驟s2-4：建立服務(wù)質(zhì)量模型：

33、(12)

34、(13)

35、其中，表示服務(wù)質(zhì)量，分別表示接收信號強(qiáng)度權(quán)重、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載權(quán)重和剩余服務(wù)時(shí)間權(quán)重，表示目標(biāo)通信小區(qū)。

36、進(jìn)一步的，所述步驟s3中采用td3算法求解得到通信切換的目標(biāo)通信小區(qū)，具體包括：

37、步驟s3-1：定義狀態(tài)空間 s為當(dāng)前通信小區(qū)和下一通信小區(qū)的接收信號強(qiáng)度、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和剩余服務(wù)時(shí)間構(gòu)成的集合，其中的狀態(tài) s表示為；動作空間a中的動作 ɑ是選擇通信小區(qū)的切換策略，包括切換至下一通信小區(qū)和保持當(dāng)前通信小區(qū)；獎勵(lì)函數(shù)定義為：，表示狀態(tài)下的服務(wù)質(zhì)量與狀態(tài)下的服務(wù)質(zhì)量的差值；

38、步驟s3-2：設(shè)計(jì)td3算法的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)目標(biāo)critic網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)目標(biāo)actor網(wǎng)絡(luò)、兩個(gè)當(dāng)前critic網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)當(dāng)前actor網(wǎng)絡(luò)共6個(gè)網(wǎng)絡(luò)組成；

39、步驟s3-3：對所述td3算法進(jìn)行訓(xùn)練；

40、步驟s3-4：將訓(xùn)練完的td3算法應(yīng)用于機(jī)場場面的通信小區(qū)的切換決策。

41、進(jìn)一步的，所述機(jī)場場面設(shè)備包括飛機(jī)或地面車輛。

42、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

43、1.?本發(fā)明充分考慮機(jī)場場面設(shè)備位置的動態(tài)變化，構(gòu)建了機(jī)場場面設(shè)備的運(yùn)動模型以及通信小區(qū)的分布模型，用來描述設(shè)備和基站的空間狀態(tài)信息與信號強(qiáng)度和服務(wù)時(shí)間之間的關(guān)系。

44、2.?本發(fā)明充分考慮了機(jī)場場面通信面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境，構(gòu)建了基于通信小區(qū)的接收信號強(qiáng)度、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載能力以及剩余服務(wù)時(shí)間三個(gè)關(guān)鍵因素的切換策略。

45、3.?本發(fā)明充分考慮機(jī)場場面通信的高實(shí)時(shí)性要求，采用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)了切換問題的高效決策，在保持較低的計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高效且精確的通信小區(qū)切換，確保了通信的連續(xù)性和實(shí)時(shí)性。