[發明專利]信道狀態信息不準確下的無人機基站最佳高度計算方法

有效

• 申請號: 201910047902.3
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109916372B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 王波;歐陽鍵;朱衛平;林敏
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00;H04B17/391;H04B17/336
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種信道狀態信息不準確下的無人機基站最佳高度計算方法，針對實際場景中信道存在估計誤差的問題，包括以下步驟：根據空?地無線鏈路傳輸特性建立無人機基站空?地鏈路信道誤差模型；以無人機基站與地面用戶俯仰角及信道誤差系數為優化變量，推導無人機基站空?地傳輸信號中斷概率函數表達式；以中斷概率為優化目標，獲取基于一維搜索的低復雜度無人機基站最佳高度計算方法。本發明提供的信道狀態信息不準確下的無人機基站最佳高度計算方法，給出了符合空地無線傳輸特性的無人機基站中斷概率函數解析表達式，揭示了實際場景中信道誤差對無人機基站最佳高度的作用機理。

技術領域

本發明涉及無人機通信技術領域，尤其涉及一種信道狀態信息不準確下的無人機基站最佳高度計算方法。

背景技術

目前，傳統的蜂窩無線網絡在一定程度上能夠提供穩定可靠的通信質量，但無法滿足一些快速移動的應急通信需求。對于森林巡防、交通監控、貨物運輸、臨時戰場等通信場景，傳統的基站蜂窩通信網絡由于受到覆蓋范圍的限制，不能較好地解決因快速移動需求所導致的網絡覆蓋范圍變化的問題。因此，亟需尋求一種快速靈活的通信平臺來解決無線網絡覆蓋區域的移動問題。

隨著無人機平臺的發展，利用無人機作為移動基站，輔以現有地面通信網絡進行無線信息傳輸，可以實現特定區域的快速通信覆蓋。無人機作為通信基站具有以下優勢：（1）功能兼顧性強，可根據任務需求靈活搭建通信設備，滿足多樣化任務需求；（2）系統部署快速靈活，可根據當前作業環境及時調整部署；（3）不存在通信盲點，有效提高組網方式的靈活度；（4）低成本，廣覆蓋。無人機作為空中基站，其飛行高度對擴展網絡覆蓋范圍、提高連通性以及降低網絡損耗有顯著作用。因此，很多文獻對無人機飛行高度進行了研究。

A. Al-Hourani等人以低空平臺最大覆蓋范圍為目標，提出了一種優化低空平臺高度的分析方法，但是作者只是考慮了空-對地鏈路路徑損耗，并沒有涉及鏈路的信道衰落，參見IEEE Wirel. Commun.Lett.文獻。M.Madhdi Azari等人將路徑損耗和衰落信道均考慮到空對地鏈路中，推導了中斷概率的解析表達式，但是并沒有考慮實際場景中信道存在估計誤差的問題，參見IEEE Trans. Commun.。

發明內容

本發明的目的在于，針對實際場景中信道存在估計誤差的問題，通過建立無人機基站空-地鏈路信道誤差模型，以中斷概率為優化目標，無人機俯仰角度及誤差系數為優化變量，提出了一種信道狀態信息不準確下的、基于一維搜索的低復雜度無人機基站最佳高度計算方法，揭示了信道誤差對最佳高度的作用機理。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種信道狀態信息不準確下的無人機基站最佳高度計算方法，包括如下步驟：

S1：根據空-地無線鏈路傳輸特性建立無人機基站空-地鏈路信道誤差模型；

S2：以無人機基站與地面用戶俯仰角及信道誤差系數為優化變量，獲取無人機基站空-地傳輸信號中斷概率函數表達式；

S3：以中斷概率為優化目標，獲得基于一維搜索的低復雜度無人機基站最佳高度，揭示信道誤差對最佳高度的作用機理。

進一步的，步驟S1中，所述不準確信道狀態信息下無人機基站空-地鏈路信 道模型可建模為：

其中，為Rician衰落信道系數，Δg為信道誤差，服從均值為0，方差為 σ²的高斯分布，σ為信道誤差系數，PL為路徑損耗，K為Rician因子，定義為 接收信號直達徑分量與散射分量的平均能量比值，為散射分量系數。

進一步的，考慮到近地區域無人機飛行高度受到地形和地面物體等因素的 影響，可采用直達徑分量與散射分量的概率分布函數建立路徑損耗模型，即：