用于无人机通信中的自适应波束跟踪方法

1.本发明涉及无人机通信领域。


背景技术：

2.无人机通信系统中存在的挑战和难点，包括多径衰落、高速运动、频谱资源受限等问题，这些问题会影响通信质量和效率。现有的波束跟踪方案主要包括固定波束、相干时间训练等方法，但这些方法在面对高速运动或多径衰落等情况时存在一定局限性。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于：用于无人机通信中的自适应波束跟踪方法，步骤如下：
4.运动状态估计；对无人机进行运动状态估计；
5.训练频率调整；根据无人机的运动状态，可以自适应地调整训练频率。
6.分层码本优化：使用分层码本来优化波束宽度；
7.波束权重计算：根据所选定的波束宽度和分层码本，计算出相应的波束权重，在每个层次中选择最佳的波束方向，并计算出相应的权重值。
8.通信和反馈：使用所计算出的波束权重进行通信，并根据反馈信息来更新码本和波束权重，当通信质量不佳时，,根据反馈信息来调整码本和波束权重，以提高通信效率和性能。
9.在改进的方案当中，所述的运动状态包括位置、速度、加速度等参数。
10.在改进的方案当中，当无人机处于高速运动状态时，可以增加训练频率以提高通信效率和性能；当无人机处于低速运动状态时，则可以降低训练频率以节省能量。
11.在改进的方案当中，将波束宽度分为多个层次，并为每个层次设计相应的码本。
12.在改进的方案当中，当设计相应的码本中，使用不同的编码方式和调制方式来设计不同层次的码本。
13.在改进的方案当中，当根据无人机当前位置、速度、加速度等参数来选择相应层次的最佳波束宽度。
14.在改进的方案当中，当当无人机处于远距离或低速时，选择大波束宽度以获得更好的通信性能。
15.在改进的方案当中，当当无人机处于近距离或高速时，则应该选择较小的波束宽度以提高通信效率。
16.本发明提出自适应波束跟踪技术，具体而言，通过自适应调整训练频率来提高通信效率和性能，并使用分层码本来优化波束宽度。通过这种方法，可以在不同情况下选择最佳的波束宽度，从而提高通信效率和性能。
17.本发明根据无人机的运动状态来调整训练频率，从而提高通信效率和性能；可以使用分层码本来优化波束宽度，从而适应不同的通信场景；可以在不同情况下选择最佳的波束宽度，从而提高通信效率和性能。然而，所提出方案也存在一些局限性。所提出方案需
要对无人机进行运动状态估计，并根据其运动状态来调整训练频率。这需要消耗一定的计算资源和能量。此外，在实际应用中，所提出方案可能会受到天气、地形等因素的影响。
具体实施方式
18.下面对本发明作详细的说明。
19.本实施例使用自适应调整训练频率来提高通信效率和性能的实现步骤如下：
20.1.运动状态估计：首先，需要对无人机进行运动状态估计，在一个优选的方案当中，运动状态包括位置、速度、加速度等参数。在一个实现的具体方案当中，通过惯性测量单元(imu)和全球定位系统(gps)等传感器来实现。
21.2.训练频率调整：根据无人机的运动状态，可以自适应地调整训练频率。当无人机处于高速运动状态时，可以增加训练频率以提高通信效率和性能；当无人机处于低速运动状态时，则可以降低训练频率以节省能量。
22.3.分层码本优化：使用分层码本来优化波束宽度。将波束宽度分为多个层次，并为每个层次设计相应的码本。通过这种方法，可以在不同情况下选择最佳的波束宽度，并提高通信效率和性能。
23.4.波束权重计算：根据所选定的波束宽度和分层码本，计算出相应的波束权重。在每个层次中选择最佳的波束方向，并计算出相应的权重值。
24.5.通信和反馈：使用所计算出的波束权重进行通信，并根据反馈信息来更新码本和波束权重。当通信质量不佳时，可以根据反馈信息来调整码本和波束权重，以提高通信效率和性能。
25.在一个具体的实施例当中，关于波束宽度优化，提出一种基于分层码本的波束宽度优化方案。具体而言，将波束宽度分为多个层次，并为每个层次设计相应的码本。通过这种方法，可以在不同情况下选择最佳的波束宽度，并提高通信效率和性能。该方案的具体实现步骤如下：
26.1.将波束宽度分为多个层次：首先，将波束宽度分为多个层次。每个层次对应一个不同的码本，用于选择相应层次的最佳波束宽度。
27.2.设计相应的码本：为每个层次设计相应的码本。可以使用不同的编码方式和调制方式来设计不同层次的码本。
28.3.选择最佳波束宽度：在不同情况下选择最佳的波束宽度。根据无人机当前位置、速度、加速度等参数来选择相应层次的最佳波束宽度。
29.当无人机处于远距离或低速时，应该选择较大的波束宽度以获得更好的通信性能；而当无人机处于近距离或高速时，则应该选择较小的波束宽度以提高通信效率。
30.本实施例首先对无人机进行运动状态估计，并根据其运动状态来调整训练频率。当无人机处于高速运动状态时，可以增加训练频率以提高通信效率和性能；当无人机处于低速运动状态时，则可以降低训练频率以节省能量。然后，使用分层码本来优化波束宽度，并计算出相应的波束权重。最后，使用这些波束权重来进行通信，并根据反馈信息来更新码本和波束权重。所提出方案具有以下优点：可以根据无人机的运动状态来调整训练频率，从而提高通信效率和性能；可以使用分层码本来优化波束宽度，从而适应不同的通信场景；可以在不同情况下选择最佳的波束宽度，从而提高通信效率和性能。然而，所提出方案也存在
一些局限性。所提出方案需要对无人机进行运动状态估计，并根据其运动状态来调整训练频率。这需要消耗一定的计算资源和能量。此外，在实际应用中，所提出方案可能会受到天气、地形等因素的影响。


技术特征：
1.用于无人机通信中的自适应波束跟踪方法，其特征在于，步骤如下：a)运动状态估计；对无人机进行运动状态估计；b)训练频率调整；根据无人机的运动状态，可以自适应地调整训练频率。c)分层码本优化：使用分层码本来优化波束宽度；d)波束权重计算：根据所选定的波束宽度和分层码本，计算出相应的波束权重，在每个层次中选择最佳的波束方向，并计算出相应的权重值。e)通信和反馈：使用所计算出的波束权重进行通信，并根据反馈信息来更新码本和波束权重，当通信质量不佳时，,根据反馈信息来调整码本和波束权重，以提高通信效率和性能。2.根据权利要求1所述的用于无人机通信中的自适应波束跟踪方法，其特征在于，所述的运动状态包括位置、速度、加速度等参数。3.根据权利要求1所述的用于无人机通信中的自适应波束跟踪方法，其特征在于，当无人机处于高速运动状态时，可以增加训练频率以提高通信效率和性能；当无人机处于低速运动状态时，则可以降低训练频率以节省能量。4.根据权利要求1所述的用于无人机通信中的自适应波束跟踪方法，其特征在于，将波束宽度分为多个层次，并为每个层次设计相应的码本。5.根据权利要求3所述的用于无人机通信中的自适应波束跟踪方法，其特征在于，设计相应的码本中，使用不同的编码方式和调制方式来设计不同层次的码本。6.根据权利要求4所述的用于无人机通信中的自适应波束跟踪方法，其特征在于，根据无人机当前位置、速度、加速度等参数来选择相应层次的最佳波束宽度。7.根据权利要求5所述的用于无人机通信中的自适应波束跟踪方法，其特征在于，当无人机处于远距离或低速时，选择大波束宽度以获得更好的通信性能。8.根据权利要求所述的用于无人机通信中的自适应波束跟踪方法，其特征在于，当无人机处于近距离或高速时，则应该选择较小的波束宽度以提高通信效率。

技术总结
本发明公开了一种用于无人机通信中的自适应波束跟踪方法，属于无人机通信领域，步骤如下：运动状态估计；对无人机进行运动状态估计；训练频率调整；根据无人机的运动状态，可以自适应地调整训练频率；分层码本优化：使用分层码本来优化波束宽度；波束权重计算：根据所选定的波束宽度和分层码本，计算出相应的波束权重，在每个层次中选择最佳的波束方向，并计算出相应的权重值；通信和反馈：使用所计算出的波束权重进行通信，并根据反馈信息来更新码本和波束权重，当通信质量不佳时，根据反馈信息来调整码本和波束权重，以提高通信效率和性能。能。


技术研发人员：张亮
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：2023.05.04
技术公布日：2023/7/12