[发明专利]一种用于无人机通信的波束追踪方法与系统

说明书

本申请公开了一种用于无人机通信的波束追踪方法与系统，其中，用于无人机通信的波束追踪方法包括：地面用户终端初始化信道估计，获取初始化波束角度向量；地面用户终端和无人机基站分别根据定位信息获取k时刻的波束角度向量及k时刻的波束赋形向量；地面用户终端根据初始化波束角度向量、k时刻波束角度向量及k时刻波束赋形向量基于无迹卡尔曼滤波的波束追踪方法进行建模，建模包括状态转移方程和测量方程；地面用户终端根据状态转移方程进行信道预测并获得滤波参数和测量值向量；地面用户终端根据滤波参数和测量值向量更新滤波参数并计算最优波束角度。本申请具有提高无人机基站对地面用户终端的波束对准精度的技术效果。

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种用于无人机通信的波束追踪方法与系统。

背景技术

移动互联网和物联网驱动着第五代移动通信(5G)的飞速发展，面向2020年及未来，移动数据流量将呈现爆炸式增长。为了应对5G对数据流量的爆炸式增长的需求，需要提高信道带宽，为基站或终端配置大规模天线阵列以增加相互独立的空间流的个数或增强信号的鲁棒性。而对于一些临时热点场景，如演唱会、体育赛事等场景，临时建设小蜂窝类型的基础设施不仅成本高昂，且利用率低；对于一些应急通信场景，如地震、火灾、海啸等受灾区域，基础设施被摧毁，临时建设通信网络无法实现。

此外，对于陆地通信mmWave MM系统的波束追踪方法，目前有基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的波束追踪，其中包括利用EKF只追踪LOS径的波束角度，或追踪多个有效径的波束角度。对于支持无人机的mmWave MM系统，借助无人机的传感器和GPS系统，基于UKF方法的位置追踪，将位置转化为LOS径的波束角度。但陆地通信mmWave MM的波束赋形主要解决的是对线性阵列2D信道的波束追踪，追踪角度只涉及方位角，不涉及俯仰角，线性阵列限制了波束覆盖的范围。

发明内容

本申请的目的在于提供一种用于无人机通信的波束追踪方法与系统，具有提高无人机基站对地面用户终端的波束对准精度的技术效果。

为达到上述目的，本申请提供一种用于无人机通信的波束追踪方法，包括如下步骤：地面用户终端初始化信道估计，获取初始化波束角度向量；地面用户终端和无人机基站分别根据定位信息获取k时刻的波束角度向量及k时刻的波束赋形向量；地面用户终端根据初始化波束角度向量、k时刻的波束角度向量及k时刻的波束赋形向量基于无迹卡尔曼滤波的波束追踪方法进行建模，建模包括状态转移方程和测量方程；地面用户终端根据状态转移方程进行信道预测，并获得滤波参数和测量值向量；地面用户终端根据滤波参数和测量值向量更新滤波参数，并计算最优波束角度。

优选的，地面用户终端初始化信道估计，获取初始化波束角度向量的子步骤如下：接收无人机基站发送的导频信息；根据导频信息获取信道信息；根据信道信息估计得到离开角，并反馈给无人机基站，获取初始化波束角度向量。

优选的，初始化波束角度向量θ₀表达式如下：式中，为无人机基站0时刻发送波束的离开角的俯仰角，为无人机基站0时刻发送波束的离开角的方位角，为地面用户终端0时刻接收波束的到达角的俯仰角；为地面用户终端0时刻接收波束的到达角方位角；当与表示角度的符号一体时，t表示发送，r表示接收；T表示转置运算。

优选的，地面用户终端和无人机基站分别根据定位信息获取k时刻的波束角度向量及k时刻的波束角度赋形向量的子步骤如下：获取k时刻的波束角度向量；根据k时刻的波束角度向量获取k时刻的波束角度赋形向量。

优选的，k时刻系统收发波束赋形向量对应的k时刻的波束角度向量θ_k表示为：式中，为k时刻无人机基站发送波束的离开角的俯仰角，为k时刻无人机基站发送波束的离开角的方位角，为k时刻地面用户终端接收波束的到达角的俯仰角；为k时刻地面用户终端接收波束的到达角方位角；f表示发送波束赋形；w表示接收波束赋形；T表示转置运算。