基于位置預測的60GHz通信波束成形移動性優(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60GHz頻段通信標準的制定工作。
　　60GHz通信在空氣中可能會有高達20dB的信號衰減，因此通信的范圍和質(zhì)量都可能受到影響。為此，60GHz領(lǐng)域的重要國際標準——IEEE802.11ad，引入了波束成形(Beamforming)技術(shù)。該技術(shù)

2、通過定向增強信號和控制信號傳播方向來提高通信的范圍和質(zhì)量。然而，在IEEE802.11ad標準定義的三個應用場景中，當設(shè)備之間的相對位置發(fā)生變化，由波束成形選定的通信鏈路會受到影響甚至可能造成通信中斷，通信質(zhì)量得不到保障。再次實現(xiàn)通信要重新進行的波束成形，這一過程能耗巨大，對現(xiàn)代通信低能耗的要求及實現(xiàn)是一個挑戰(zhàn)。
　　根據(jù)現(xiàn)有的波束成形技術(shù)并考慮到設(shè)備間的相對位移，本文提出了一種基于位置預測的點對點通信波束成形優(yōu)化算法。該算法基于

3、混合馬爾科夫模型預測設(shè)備下一時刻的位置，提前調(diào)節(jié)波束進而簡化波束成形的過程。該算法通過兩個步驟，降低設(shè)備在移動中重做波束成形的復雜度和能耗并縮短這一過程的時間。
　　首先，本文基于混合馬爾科夫模型來預測人（設(shè)備）的位置。混合馬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，解決相對復雜的預測問題。該預測算法克服了馬爾科夫預測只依賴人當前的位置和隱馬爾科夫預測只依賴個人因素的不足，將人當前的位置與人本身的想法結(jié)合起來預測行動者下一

4、時刻的位置，提高了預測的準確性。
　　其次，以位置預測算法為基礎(chǔ)，本文對IEEE802.11ad定義的點對點場景中動態(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測移動中設(shè)備下一時刻的位置，并且相應的提前調(diào)整波束方向。該算法利用動態(tài)設(shè)備的相對位置和波束轉(zhuǎn)動角度信息，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測將對設(shè)備未來位置的預測準確率提升到90％以上。簡化的波束成形