UASs 网络中的量子辅助自适应波束成形：通过协作 UASs 增强 NextG IoT 的机载通信
信号处理
2024-01-30 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
本文提出了一种用于无人机系统 (UASs) 动态波束成形与重构的新型量子方法，专门解决无人机 (UAV) 不可避免的悬停特性所带来的关键挑战。悬停会产生显著的波束路径畸变，影响机载网络中分布式波束成形的可靠性与质量。为克服这些挑战，我们的 UAS 波束成形量子搜索 (QSUB) 采用了量子叠加、纠缠和振幅放大。它能够自适应地重构波束，在面对由悬停引起的 UAS 状态快速变化时，增强波束质量并维持稳健的通信链路。此外，我们提出了一个基于 Nelder-Mead 优化方法原理的优化框架——量子锁相环 (Q-P-LL)，用于自适应搜索以减少预测误差并提高对到达角估计误差的鲁棒性，这在动态悬停条件下至关重要。我们还通过比较不同数量的活动 UASs，展示了系统性能和计算复杂度的可扩展性。重要的是，QSUB 和 Q-P-LL 可应用于经典和量子计算架构。与传统的最大比传输 (MRT) 方案进行的对比分析表明，我们的量子方法具有卓越的性能和可扩展性，标志着在需要可靠机载通信网络的下一代物联网 (IoT) 应用中取得了重大进展。
引用
@article{arxiv.2401.15216,
title = {Quantum-Assisted Adaptive Beamforming in UASs Network: Enhancing Airborne Communication via Collaborative UASs for NextG IoT},
author = {Sudhanshu Arya and Ying Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.15216},
year = {2024}
}