基于可重构天线阵列的变压器驱动波束控制技术在太赫兹无人机通信中的应用

《IEEE Open Journal of the Communications Society》：Transformer-Driven Beam Control via Reconfigurable Antenna Arrays for Terahertz UAV Communications

　　

摘要：

太赫兹频段的无人机之间通信由于拥有较大的带宽，能够实现每秒数吉比特的传输速率，但需要高度定向的波束来克服该频率下的严重路径损耗和大气衰减问题。另一方面，无人机快速且不规则的移动会导致波束频繁偏移，从而降低链路容量。为解决这些难题，本文提出了一种名为CORTEX的基于上下文推理的深度学习框架，该框架通过可重构天线阵列实现对太赫兹无人机通信的波束控制。CORTEX直接从255个全波电磁辐射模式中学习波束选择，这些模式是由工作在272.5 GHz频率下的8×8行选择型微带贴片天线阵列生成的，从而将天线的辐射特性纳入学习过程。在第一阶段，利用具有球面几何特性的Wrapped Cauchy损失函数，根据无人机的移动序列预测未来的角度坐标。在第二阶段，通过码本交叉注意力机制将这些预测映射到离散的天线配置上，同时保留真实的旁瓣结构，以提高在突发性波束偏移情况下的稳定性。通过对五种典型的无人机移动模式进行综合评估，包括实际飞行轨迹和其他现实场景中的运动路径，结果表明所提出的方法性能接近最优，平均角度预测误差为0.87°，平均容量性能可达穷举搜索方法的93.78%。此外，CORTEX的推理速度是穷举搜索方法的三倍多，仅需0.36毫秒的延迟，有望在复杂的空中移动条件下实现高效的波束控制，从而保持稳定的太赫兹无人机通信链路。