【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高机动设备通信，尤其涉及一种基于单纯形法的快速波束对准方法。
技术介绍
1、高机动设备通信技术一般是指处在高速移动状态下的设备间进行通信或者数据传输的技术。相较于传统无线通信场景，高机动设备间的通信具有移动速度快、信道状态高动态变化、通信环境复杂等一系列特点。正处于高速移动设备之间的快速、稳定的通信联络，是高机动设备通信技术的关键所在。例如在军事通信领域，战场上环境瞬息万变，机动设备之间快速准确相应对于提高军队整体作战能力与协同效率来讲，具有重要意义。此外在紧急救援领域，高速移动的救援车辆需要与控制中心进行实时通信与数据传输，两者之间稳定快速的通信可以实现救援工作更好地协调与调度。
2、未来，高机动设备将搭载工作于毫米波波段的多天线阵列，通过波束赋形技术，以发射定向波束的形式与其他通信节点进行高效的信息传递。该过程既可以保证以较低的发射功率将信号能量汇集到目标方向上，又能保证更高质量的通信。
3、虽然毫米波多天线波束通信可以为高机动设备通信提供更加优异的性能表现，但是同时也引入的新的困难与挑战。具体地，高机动设备在通信过程中处于不断运动的状态，而且毫米波信号本身也随着距离的增加而快速衰减的特性，从而毫米波多天线通信需要波束之间的精确、快速对准。传统波束对准方法主要包含有遍历搜索与分层搜索。遍历搜索可以找出最优的波束配对，但是该类算法需要在较为庞大的优化空间中进行，具有较高的处理复杂度与运算时延，难以在信道快速变化的高机动设备通信场景下使用。分层搜索相对遍历搜索而言，实现了波束对准过程处理复杂
技术实现思路
1、为解决
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出一种基于单纯形法的快速波束对准方法。
2、本专利技术提出的一种基于单纯形法的快速波束对准方法，包括：
3、s1、根据预设的分层波束码本控制接收端和发射端分别生成用于对准的宽波束，并依据接收端的接收信号能量进行多次宽波束对准；
4、s2、在多次宽波束对准中确定最大信号接收能量对应的最优发送-接收宽波束对以及最优发送-接收宽波束对对应的第一最优码本；
5、s3、在最优发送-接收宽波束对的角度范围内，根据下一层分层码本控制发射端和接收端生成窄波束，并控制发射端和接收端进行多次窄波束对准；
6、s4、在多次窄波束对准中确定最大信号接收能量对应的最优发送-接收窄波束对以及最优发送-接收窄波束对对应的第二最优码本；
7、s5、基于第二最优码本、最优发送-接收窄波束对确定出一个四维的角度搜索空间，在角度搜索空间中依据下山单纯形搜索策略确定下一步的搜索方向；
8、s6、根据下一步的搜索方向控制发射端和接收端生成指定方向的第一发送-接收窄波束对，并获取第一发送-接收窄波束对对应的第三接收信号能量；
9、s7、将获取的第一发送-接收窄波束对以及第三接收信号能量依据下山单纯形策略进行迭代波束对准，直至发射端和接收端生成的波束对准角度信息符合预设收敛条件，并输出最优的发送端和接收端波束指向。
10、优选地，“接收信号能量”生成过程具体为：
11、根据发射端的发射功率、发射端与接收端的波束增益以及波束信号传播过程中的信号衰减，在接收端可得到接收能量；
12、接收能量计算过程如下：
13、e(m,k,i,j)＝∫θ∫φptglosst1(θm,φk)r1(θi,φj)dθdφ
14、其中,pt表示发射端的发射功率；t1(θm,φk)表示宽波束模式下发射端的波束增益；θm,φk分别表示当前发射端波束码本下的波束指向(方位角和俯仰角)；r1(θi,φj)表示宽波束模式下接收端的波束增益；θi,φj分别表示当前接收端波束码本下的波束指向(方位角和俯仰角)；gloss为信号传输过程中的链路衰减。
15、优选地，步骤s2具体包括：
16、遍历发射端和接收端对应的宽波束码本，以获得全部发送-接收宽波束对以及各个发送-接收宽波束对对应的第一接收信号能量信息e；
17、将第一接收信号能量信息e的最大值对应的发送-接收宽波束对作为最优发送-接收宽波束对，并获取最优发送-接收宽波束对对应的第一最优码本。
18、优选地，步骤s3具体包括：
19、根据最优发送-接收宽波束对以及第一最优码本，以获得发送端的最优宽波束指向θtb,φtb和接收端的最优宽波束指向θrb,φrb；
20、根据宽波束模式下的波束宽度θ1、最优宽波束指向θtb,φtb和接收端的最优宽波束指向θrb,φrb确定当前的第一角度搜索区域；
21、在确定的第一角度搜索区域内，控制发射端和接收端采用下一层窄波束码本生成窄波束，并控制发射端和接收端进行多次窄波束对准。
22、优选地，第一角度搜索区域具体包括：
23、发送端的第一角度搜索区域为：[θtb-θ1/2，θtb+θ1/2]～[φtb-θ1/2，φtb+θ1/2]；
24、接收端的第一角度搜索区域为：[θrb-θ1/2，θrb+θ1/2]～[φrb-θ1/2，φrb+θ1/2]；
25、其中，θtb,φtb为发送端的最优宽波束指向；θrb,φrb为接收端的最优宽波束指向；θ1为宽波束模式下的波束宽度。
26、优选地，步骤s4具体包括：
27、遍历发射端和接收端对应的窄波束码本，以获得全部发送-接收窄波束对以及各个发送-接收窄波束对所对应的第二接收信号能量信息e2；
28、将第二接收信号能量信息e2的最大值对应的发送-接收宽波束对作为最优发送-接收窄波束对，并获取最优发送-接收窄波束对对应的第二最优码本。
29、优选地，步骤s5具体包括：
30、根据第二最优码本和最优发送-接收窄波束对，以获得发送端的最优窄波束指向θtb2,φtb2和接收端的最优窄波束指向θrb2,φrb2；
31、根据窄波束模式下的波束宽度θ2、发送端的最优窄波束指向θtb2,φtb2和接收端的最优窄波束指向θrb2,φrb2确定当前的第二角度搜索区域；
32、根据确定的第二角度搜索区域确定出一个四维的角度搜索空间，维度分别对应发送端方位角、发送端俯仰角、接收端方位角、接收端俯仰角，并在角度搜索空间中依据下山单纯形搜索策略确定下一步的搜索方向。
33、优选地，第二角度搜索区域具体包括：
34、发送端的第二角度搜索区域为：
35、[θtb2-θ2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于单纯形法的快速波束对准方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于单纯形法的快速波束对准方法，其特征在于，“接收信号能量”生成过程具体为：
3.根据权利要求1所述的基于单纯形法的快速波束对准方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于单纯形法的快速波束对准方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
5.根据权利要求4所述的基于单纯形法的快速波束对准方法，其特征在于，第一角度搜索区域具体包括：
6.根据权利要求1所述的基于单纯形法的快速波束对准方法，其特征在于，步骤S4具体包括：
7.根据权利要求1所述的基于单纯形法的快速波束对准方法，其特征在于，步骤S5具体包括：
8.根据权利要求7所述的基于单纯形法的快速波束对准方法，其特征在于，第二角度搜索区域具体包括：
9.根据权利要求1所述的基于单纯形法的快速波束对准方法，其特征在于，步骤S6具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于单纯形法的快速波束对准方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于单纯形法的快速波束对准方法，其特征在于，“接收信号能量”生成过程具体为：
3.根据权利要求1所述的基于单纯形法的快速波束对准方法，其特征在于，步骤s2具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于单纯形法的快速波束对准方法，其特征在于，步骤s3具体包括：
5.根据权利要求4所述的基于单纯形法的快速波束对准方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡树楷，姚艳军，王昕，张正宇，章仁飞，王烁，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：
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