【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及毫米波通信，特别涉及一种基于信道图的波束跟踪方法及系统。
技术介绍
1、毫米波以超宽频谱和超高速率的优势成为b5g(beyond 5g)无线通信系统研究的热点。毫米波结合大规模多输入多输出(massive input massive output，mimo)以空间中的高度指向性提供了高波束成形增益，但波束方向上的失配是导致毫米波无线通信性能下降的关键因素。在实际环境中，通信终端会进行有目的性的移动，同时信道无线电环境也不断地变化，波束方向失配的重要原因之一是波束追踪的复杂度高、存在滞后性。
技术实现思路
1、为了克服现有毫米波通信中难以持续精确跟踪以及现有波束跟踪算法的低鲁棒性和低精确性，波束追踪的复杂度高，存在滞后性等问题，提供一种基于信道图产生候选波束集的低复杂度的波束跟踪方法及系统。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种基于信道图的波束跟踪方法，所述方法包括：
4、接收p时刻的信道信息，根据预设的信道图构建模型将所述信道信息转换为第一坐标；
5、根据所述第一坐标获取信道图中对应的第二坐标，映射所述第二坐标为第一候选波束集；
6、基于预设条件筛选所述第一候选波束集，生成第二候选波束集，扫描所述第二候选波束集，匹配p+1时刻的第一最佳传输波束；
7、根据所述第一最佳传输波束进行通信；
8、其中，所述信道图构建模型收集一段时间
9、根据一种具体的实施方式，上述方法中，所述方法还包括：
10、当所述扫描适配后的第二候选波束集发生波束失配时，则全角度扫描所述信道图，匹配第二最佳传输波束，根据匹配结果更新所述第二候选波束集；
11、当所述第一最佳传输波束和所述第二最佳传输波束不准确时，记录波束信息，所述信道图构建模型根据所述波束信息进行周期性反馈更新。
12、根据一种具体的实施方式，上述方法中，所述信道图构建模型包括归一化层、编码层和解码层；
13、所述归一化层用于将收集到的历史信道信息进行归一化处理，表示为：
14、fnorm(xi),i∈[1,n]，
15、其中，xi为历史信道信息，fnorm为归一化处理，n为所述信道信息的总数量，i为第i个历史信道信息；
16、所述编码层用于将处理后的历史信道信息维持邻域，并压缩至低维，生成信道图，所述信道图为二维坐标点图，表示为：
17、||fec(xi)-fec(xj)||≈d(xi,xj)，
18、其中，fec(xi)为第i个历史信道信息的编码，fec(xj)为对第j个历史信道信息的编码，使其欧氏距离约等于物理空间的信道信息欧氏距离，即d(xi,xj)；
19、所述解码层用于将低维的编码结果恢复至高维原始数据，通过恢复误差监督模型。
20、根据一种具体的实施方式，上述方法中，所述编码层和所述解码层具有三个相同参数的网络，将所述历史信道信息分为三个时刻的信息组输入所述编码层，表示为：
21、
22、其中，xi1、xi2、xi3为第i个历史信道信息的三个相邻的物理点，[xi1,xi2,xi3]t为对所述物理点的转置，xi为所述信息组；
23、所述编码层的第一损失函数为：
24、
25、其中，fec为编码层处理；
26、所述解码层的第二损失函数为：
27、lrec(xi)＝||xi-fdc(yi)||2，
28、其中，yi＝fec(xi)，即编码层的输出结果，fdc为解码层处理，yi为构成信道图的坐标；
29、所述信道图构建模型的损失函数为邻域误差和所述恢复误差之和，表示为：
30、l(xi1,xi2,xi3)＝lec(xi1,xi2,xi3)+∑j lrec(xj),j∈{i1,i2,i3}。
31、根据一种具体的实施方式，上述方法中，所述信道信息通过所述编码层转换为第一坐标，
32、表示为：
33、yi′＝[ymi,yni]t，
34、其中，yi′为第一坐标，m为横坐标、n为纵坐标，[ymi,yni]t为对第i个信道信息的坐标进行转置。
35、根据一种具体的实施方式，上述方法中，采用邻域搜索算法获取信道图中与所述第一坐标对应的第二坐标，当没有对应的坐标时，获取距离最近的相似坐标，表示为：
36、
37、其中，为第二坐标，yi′为第一坐标，m为横坐标、n为纵坐标，[ymi,yni]t为对第i个信道信息的坐标进行转置，fbfs为广度优先搜索算法。
38、根据一种具体的实施方式，上述方法中，通过哈希映射将所述第一坐标和第二坐标映射为第一候选波束集，表示为：
39、
40、其中，表示p时刻的第一候选波束集，表示p时刻的所述第二坐标。
41、根据一种具体的实施方式，上述方法中，所述预设筛选条件包括：
42、所述第一候选波束集中的波束在训练期间的出现概率，以及，所述第一候选波束集中的波束输入编码层得到的第一坐标和第二坐标的欧氏距离远近，表示为：
43、
44、其中，pth为概率阈值，为先验出现概率，为p时刻的第一候选波束集，为第二坐标，yi′为第一坐标，为信道图中第一坐标和第二坐标的欧氏距离，dth为预先设置的欧氏距离阈值。
45、第二方面，本专利技术提供了一种基于信道图的波束跟踪系统，所述系统包括用户端，静态基站，所述用户端和所述静态基站采用毫米波信道模型进行通信，所述静态基站采用上述任一项所述的一种基于信道图的波束跟踪方法进行通信；
46、其中，所述系统以nt根天线作为静态基站的发射天线，以nr根天线作为移动端的接收天线，所述用户端设备在所述静态基站在正常工作功率下的辐射范围内进行动态的坐标移动。
47、根据一种具体的实施方式，上述系统中，所述静态基站根据全局标坐标系接收信道信息，并根据所述用户端所在的局部坐标系，进行姿态角度适配。
48、与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
49、1.本专利技术提供的一种基于信道图的波束跟踪方法及系统，通过压缩高维信道状态的信道信息至低维空间，使信道图中的坐标维持了临近性，具有高精确度和低复杂度，使得下一时刻的跳变波束的获取非常容易，通过坐标映射统计了每个信道图中坐标的跳变可能，对于所得到的候选波束集，对无效波束进行筛除，增加了预测的精确性，降低了通信系统开销。
50、2.由于终端的移动，波束在某些时刻具有一定的随机性与突变型性，这种跳变会给波束跟踪的准确性带来很大的挑战，本专利技术通过将匹配的最佳传输波束合和失配时进行候选波束集全本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于信道图的波束跟踪方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于信道图的波束跟踪方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述扫描适配后的第二候选波束集发生波束失配时，则全角度扫描所述信道图，匹配第二最佳传输波束，根据匹配结果更新所述第二候选波束集；
3.根据权利要求1所述的一种基于信道图的波束跟踪方法，其特征在于，所述信道图构建模型包括归一化层、编码层和解码层；
4.根据权利要求3所述的一种基于信道图的波束跟踪方法，其特征在于，所述编码层和所述解码层具有三个相同参数的网络，将所述历史信道信息分为三个时刻的信息组输入所述编码层，表示为：
5.根据权利要求3所述的一种基于信道图的波束跟踪方法，其特征在于，所述信道信息通过所述编码层转换为第一坐标，表示为：
6.根据权利要求1所述的一种基于信道图的波束跟踪方法，其特征在于，采用邻域搜索算法获取信道图中与所述第一坐标对应的第二坐标，当没有对应的坐标时，获取距离最近的相似坐标，表示为：
7.根据权利要求1所述的一种基于信道图的波束跟踪方法，其特
8.根据权利要求1所述的一种基于信道图的波束跟踪方法，其特征在于，所述预设筛选条件包括：
9.一种基于信道图的波束跟踪系统，其特征在于，所述系统包括用户端，静态基站，所述用户端和所述静态基站采用毫米波信道模型进行通信，所述静态基站采用权利要求1至8任一项所述的波束跟踪方法进行传输；
10.根据权利要求9所述的一种基于信道图的波束跟踪系统，其特征在于，所述静态基站根据全局标坐标系接收信道信息，并根据所述用户端所在的局部坐标系，进行姿态角度适配。
...【技术特征摘要】
1.一种基于信道图的波束跟踪方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于信道图的波束跟踪方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述扫描适配后的第二候选波束集发生波束失配时，则全角度扫描所述信道图，匹配第二最佳传输波束，根据匹配结果更新所述第二候选波束集；
3.根据权利要求1所述的一种基于信道图的波束跟踪方法，其特征在于，所述信道图构建模型包括归一化层、编码层和解码层；
4.根据权利要求3所述的一种基于信道图的波束跟踪方法，其特征在于，所述编码层和所述解码层具有三个相同参数的网络，将所述历史信道信息分为三个时刻的信息组输入所述编码层，表示为：
5.根据权利要求3所述的一种基于信道图的波束跟踪方法，其特征在于，所述信道信息通过所述编码层转换为第一坐标，表示为：
6.根据权利要求1所述的一...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。