一种5GAeroMACS的通信小区切换方法

本发明涉及无线通信，尤其涉及一种5g aeromacs的通信小区切换方法。

背景技术：

1、5g 机场航空移动通信系统（aeronautical mobile airport communicationssystem, aeromacs）作为专为机场场面区域设计的航空宽带移动通信系统，为机场场面和廊桥区域提供无线网络连接，即为飞机、各类地面车辆和设备提供通信服务，主要用于安全可靠地传输与机场运行相关的信息。但机场场面环境复杂且动态多变，包含飞机、各类地面车辆、塔台等多种移动单元和固定设施，它们在有限空间内高速运动，形成密集的交通流和信息流。同时，在天气变化、航空器起降、航班调度和安全监管等多种影响因素影响下，5g机场航空移动通信系统必须满足机场场面的实时通信需求，提供稳定、高效的通信服务，支持机场表面的安全运行和高效管理。

2、机场场面区域由多个通信小区覆盖，当某个通信小区的通信质量不满足需求时，设备可以切换到其他通信小区以维持通信的连续性和稳定性。切换过程包括切换触发、切换判决和切换执行，确保设备在航站楼、跑道或停机位之间移动时不中断通信，从而保障通信效率和飞行安全。然而，现有研究通常侧重于信号强度或网络负载等单一因素，未能充分考虑切换的复杂性和动态性。此外，现有方法往往依赖于预设规则，难以及时响应环境变化，导致切换决策的实时性不足。因此，在复杂电磁环境下，实现考虑多因素的机场场面通信小区智能化通信切换，成为满足机场场面设备通信需求的关键。

技术实现思路

1、为应对复杂电磁环境中对机场场面通信小区切换高可靠性和高实时性需求的挑战，本发明提出了一种5g aeromacs的通信小区切换方法。构建基于深度强化学习算法的机场场面通信小区切换模型，通过考虑接收信号强度、网络负载和剩余服务时间的加权服务质量函数，实现高效智能的目标通信小区选择，提升通信切换效率和通信质量。

2、本发明的技术方案具体如下：

3、一种5g aeromacs的通信小区切换方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：构建面向机场场面通信小区切换的系统模型，以描述机场场面设备和通信小区基站的通信信道状态以及空间状态；

5、步骤s2：基于接收信号强度、网络负载和剩余服务时间三个因素，构建最大化服务质量的通信小区选择的优化问题；

6、步骤s3：采用深度强化学习算法求解所述优化问题，从而实现机场场面的智能化通信小区切换，保证通信质量。

7、进一步的，所述步骤s1具体包括：设机场场面设备沿既定路径移动，在时间时进入当前通信小区，位置为，此时通信的当前通信小区基站位置为，机场场面设备在当前通信小区继续移动，时进入当前通信小区基站和下一通信小区基站的覆盖重叠区域，此时机场场面设备位置为，当前通信小区为 c1，下一通信小区为 c2；和之间的距离表示为：

8、(1)

9、rice衰落信道模型 h( t)表示为：

10、(2)

11、其中，是rice系数，和分别代表视距传输部分和非视距传输部分，分别表示为：

12、(3)

13、(4)

14、其中，表示在参考距离时的路径损耗，表示机场场面设备与基站之间的距离，和分别表示视距传输系数和非视距传输系数，表示循环对称复高斯变量。

15、进一步的，所述步骤s2具体包括：

16、步骤s2-1：建立接收信号强度模型：

17、(5)

18、其中，表示接收信号强度，表示通信小区，是发射信号功率，是发射天线增益，是接收天线增益，；

19、归一化后的接收信号强度表示为：

20、(6)

21、步骤s2-2：建立网络负载模型：

22、(7)

23、其中，表示网络负载，、、和分别表示通信小区内的机场场面接入设备数量、平均数据传输量、平均数据传输速率和带宽，是根据机场场面实际情况和网络的具体配置相关的映射函数；

24、归一化后的网络负载表示为：

25、(8)

26、步骤s2-3：建立剩余服务时间模型：

27、(9)

28、(10)

29、其中，表示当前通信小区的剩余服务时间，表示下一通信小区的剩余服务时间，时机场场面设备在当前通信小区的接收信号强度降低到预设临界值，表示至之间的任意时刻，表示机场场面设备从当前通信小区的接收信号强度降低到预设临界值的位置移动到与当前通信小区的信号完全断开的位置的时间间隔，时机场场面设备在下一通信小区的接收信号强度降低到预设临界值，表示机场场面设备从下一通信小区的接收信号强度降低到预设临界值的位置移动到与下一通信小区的信号完全断开的位置的时间间隔；

30、归一化后的剩余服务时间表示为：

31、(11)

32、步骤s2-4：建立服务质量模型：

33、(12)

34、(13)

35、其中，表示服务质量，分别表示接收信号强度权重、网络负载权重和剩余服务时间权重，表示目标通信小区。

36、进一步的，所述步骤s3中采用td3算法求解得到通信切换的目标通信小区，具体包括：

37、步骤s3-1：定义状态空间 s为当前通信小区和下一通信小区的接收信号强度、网络负载和剩余服务时间构成的集合，其中的状态 s表示为；动作空间a中的动作 ɑ是选择通信小区的切换策略，包括切换至下一通信小区和保持当前通信小区；奖励函数定义为：，表示状态下的服务质量与状态下的服务质量的差值；

38、步骤s3-2：设计td3算法的网络结构，由两个目标critic网络、一个目标actor网络、两个当前critic网络和一个当前actor网络共6个网络组成；

39、步骤s3-3：对所述td3算法进行训练；

40、步骤s3-4：将训练完的td3算法应用于机场场面的通信小区的切换决策。

41、进一步的，所述机场场面设备包括飞机或地面车辆。

42、相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

43、1. 本发明充分考虑机场场面设备位置的动态变化，构建了机场场面设备的运动模型以及通信小区的分布模型，用来描述设备和基站的空间状态信息与信号强度和服务时间之间的关系。

44、2. 本发明充分考虑了机场场面通信面临的复杂电磁环境，构建了基于通信小区的接收信号强度、网络负载能力以及剩余服务时间三个关键因素的切换策略。

45、3. 本发明充分考虑机场场面通信的高实时性要求，采用深度强化学习方法实现了切换问题的高效决策，在保持较低的计算复杂度的同时实现了高效且精确的通信小区切换，确保了通信的连续性和实时性。