基于位置預(yù)測(cè)的60GHz通信波束成形移動(dòng)性優(yōu)化.pdf

1、在無線通信頻譜資源越來越緊張以及數(shù)據(jù)傳輸速率要求越來越高的必然趨勢(shì)下，60GHz頻段無線短距高速通信技術(shù)越來越受到關(guān)注，并成為無線通信技術(shù)中最具潛力的技術(shù)之一。國際上自2008年起展開了對(duì)60GHz頻段通信標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。
　　60GHz通信在空氣中可能會(huì)有高達(dá)20dB的信號(hào)衰減，因此通信的范圍和質(zhì)量都可能受到影響。為此，60GHz領(lǐng)域的重要國際標(biāo)準(zhǔn)——IEEE802.11ad，引入了波束成形(Beamforming)技術(shù)。該技術(shù)

2、通過定向增強(qiáng)信號(hào)和控制信號(hào)傳播方向來提高通信的范圍和質(zhì)量。然而，在IEEE802.11ad標(biāo)準(zhǔn)定義的三個(gè)應(yīng)用場景中，當(dāng)設(shè)備之間的相對(duì)位置發(fā)生變化，由波束成形選定的通信鏈路會(huì)受到影響甚至可能造成通信中斷，通信質(zhì)量得不到保障。再次實(shí)現(xiàn)通信要重新進(jìn)行的波束成形，這一過程能耗巨大，對(duì)現(xiàn)代通信低能耗的要求及實(shí)現(xiàn)是一個(gè)挑戰(zhàn)。
　　根據(jù)現(xiàn)有的波束成形技術(shù)并考慮到設(shè)備間的相對(duì)位移，本文提出了一種基于位置預(yù)測(cè)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信波束成形優(yōu)化算法。該算法基于

3、混合馬爾科夫模型預(yù)測(cè)設(shè)備下一時(shí)刻的位置，提前調(diào)節(jié)波束進(jìn)而簡化波束成形的過程。該算法通過兩個(gè)步驟，降低設(shè)備在移動(dòng)中重做波束成形的復(fù)雜度和能耗并縮短這一過程的時(shí)間。
　　首先，本文基于混合馬爾科夫模型來預(yù)測(cè)人（設(shè)備）的位置?；旌像R爾科夫模型是將馬爾科夫模型和隱馬爾科夫模型相結(jié)合，解決相對(duì)復(fù)雜的預(yù)測(cè)問題。該預(yù)測(cè)算法克服了馬爾科夫預(yù)測(cè)只依賴人當(dāng)前的位置和隱馬爾科夫預(yù)測(cè)只依賴個(gè)人因素的不足，將人當(dāng)前的位置與人本身的想法結(jié)合起來預(yù)測(cè)行動(dòng)者下一

4、時(shí)刻的位置，提高了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
　　其次，以位置預(yù)測(cè)算法為基礎(chǔ)，本文對(duì)IEEE802.11ad定義的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)場景中動(dòng)態(tài)設(shè)備的波束成形過程做了優(yōu)化。該優(yōu)化算法基于混合馬爾科夫模型預(yù)測(cè)移動(dòng)中設(shè)備下一時(shí)刻的位置，并且相應(yīng)的提前調(diào)整波束方向。該算法利用動(dòng)態(tài)設(shè)備的相對(duì)位置和波束轉(zhuǎn)動(dòng)角度信息，代替了原波束成形方法中的波束掃描等過程。
　　在仿真中，基于混合馬爾科夫模型的位置預(yù)測(cè)將對(duì)設(shè)備未來位置的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率提升到90％以上。簡化的波束成形