[发明专利]一种无人机通信场景中基于残差优化的混合波束成形方法

说明书

本申请公开了一种无人机通信场景中基于残差优化的混合波束成形方法，步骤如下：分别获取各无人机与用户间信道；整合所述信道，并得到发射端最优波束成形矩阵；基于所述发射端最优波束成形矩阵，构建发射端各无人机与用户间最优波束成形优化矩阵，利用残差优化方法得到混合波束成形矩阵；基于所述发射端的混合波束成形矩阵，实现接收端混合波束成形矩阵的优化。本申请采用多无人机同时进行通信，能明显降低通信中断概率，提高通信系统的可靠性。

技术领域

本申请属于无线通信技术领域，具体涉及一种无人机通信场景中基于残差优化的混合波束成形方法。

背景技术

目前，大多数无线通信服务由地面基站提供。然而，地面基站的应用有一些局限性。考虑到成本和利用率，它不适合建在人烟稀少的地区，如深山地区和丛林地区。而且，地面基站的位置通常是固定的，不能根据需要进行移动。因此，它不适合用于紧急情况，例如地震或其他灾害现场。为了弥补地面基站的不足，有必要寻找一种能够灵活提供服务的通信方案。

无人机通信是一项很有前途的技术，也是下一代网络的重要组成部分。无人机可作为移动基站，它更加灵活，综合成本更低。因此，它可用于在恶劣环境或复杂场景中建立无线链路。不过，虽然无人机能够扩展和改善网络覆盖范围，但毫米波链路的可靠性仍然是一个问题。因此，提高链路的可靠性对于确保无人机毫米波通信系统的服务质量具有重要意义。

发明内容

本申请提出了一种无人机通信场景中基于残差优化的混合波束成形方法，采用多无人机同时进行通信，能明显降低通信中断概率，提高通信系统的可靠性。

为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

一种无人机通信场景中基于残差优化的混合波束成形方法，包括以下步骤：

S1、分别获取各无人机与用户间信道；

S2、整合所述信道，并得到发射端最优波束成形矩阵；

S3、基于所述发射端最优波束成形矩阵，构建发射端各无人机与用户间最优波束成形优化矩阵，利用残差优化方法得到混合波束成形矩阵；

S4、基于所述发射端的混合波束成形矩阵，实现接收端混合波束成形矩阵的优化。

优选的，所述S1的方法包括：通过信道估计方法进行获取。

优选的，所述S2中整合信道的方法包括：对于任意无人机，平均接收功率为ρ，n表示噪声向量，其元素服从独立且相同的经过处理后的信号表示为：

其中，和N_r分别表示射频链和天线的数量，表示数字波束成形矩阵，表示模拟波束成形矩阵，W_RF和W_BB表示接收端的模拟波束成形矩阵和数字波束成形矩阵，基站k和用户之间的信道由H^(k)表示。

优选的，所述S2中得到发射端最优波束成形矩阵的方法包括：将信道矩阵波束成形矩阵表示为

H^int＝[H⁽¹⁾ H⁽²⁾ … H^(K)]

通过对H^int进行奇异值分解得到最优波束成形矩阵，记为

优选的，所述S3中构建发射端各无人机与用户间信道波束成形优化矩阵方法包括：

公式如下：

其中，为第k台无人机对应的最优波束成形矩阵。

优选的，所述S3的残差优化方法包括：利用残差优化算法实现接收端混合波束成形矩阵的优化；

问题构建公式如下：