[發明專利]一種毫米波全雙工無人機通信中繼傳輸方法

有效

• 申請號: 201911302590.2
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111010223B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 肖振宇;朱立鵬;劉珂
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04B17/391;H04B7/06;H04B7/08;H04W16/22
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 冀學軍

本發明公開了一種毫米波全雙工無人機通信中繼傳輸方法，屬于毫米波通信技術領域。所述方法包括構建以無人機為中繼的地面基站到地面用戶的通信場景，利用空間位置模型，建立以無人機為中繼的地面基站到用戶的下行通信系統的信道模型；在同時同頻全雙工模式下，地面基站向無人機發射信號，無人機向用戶設備發射信號；在理想波束賦形條件下設計無人機的最優位置，給定無人機的位置優化波束賦形向量，給定波束賦形向量最優化基站和無人機發射信號的功率。該方法針對以無人機為中繼的下行傳輸系統，擴大了毫米波通信的覆蓋范圍，提升了系統通信容量，提出了給定任意無人機中繼位置及波束賦形下的最優功率控制。

技術領域

本發明屬于毫米波通信技術領域，具體是一種毫米波全雙工無人機通信中繼傳輸方法。

背景技術

隨著第五代通信系統的發展，高數據傳輸速率已經成為無線通信系統的關鍵性性能要求之一，傳輸數據的爆炸性增長為未來移動通信帶來了巨大的挑戰。據預測，在2030年前個人數據速率將會超過100Gbps，總數據傳輸量將達到5ZB/月。高數據速率、低延遲、低成本、高系統容量和大規模設備連接成為5G的目標。

為滿足5G更高的性能需求，需要探索具有豐富頻帶資源(30-300GHz)的毫米波通信，為后5G和6G網絡提供技術支持。由于毫米波通信有較高的傳播損耗，可以采用波束賦形技術有效提高信噪比，而且，毫米波信號波長短，可實現在較小空間內部署大規模天線以實現高陣列增益。然而，地面障礙物經常阻礙視距鏈路的建立，導致即使應用波束賦形技術，接收信號功率依然衰減嚴重，限制了毫米波移動通信系統的覆蓋能力。

另一方面，無人機通信在近些年引起了廣泛關注，無人機將在后5G和6G通信中發揮重要作用。得益于無人機的機動性，它們可以靈活部署于沙漠、海洋和受災地區等沒有基礎設施覆蓋或基礎設施被毀壞的區域。相比傳統的地面基站，無人機可以在更高的空中運作，更有可能與地面用戶建立視距通信鏈路。然而，無人機可能受到來自鄰近設施、設備的強干擾，如鄰近基站、地面設備和其他飛行器等，干擾控制成為了無人機通信的關鍵性挑戰。

基于毫米波通信和無人機通信各自的特點，二者的結合將會具有獨特的優勢。首先，毫米波信號的弱繞射能力和高傳播損耗導致覆蓋范圍受限，而無人機可以靈活部署，建立多跳網絡，擴大毫米波通信網絡覆蓋范圍。其次，無人機相比于地面基站作業高度更高，更容易建立視距鏈路。此外，毫米波通信采用大規模天線陣列，獲取的定向波束可有效提高信道增益，并有效抑制無人機的干擾。但用作通信中繼的無人機的空間部署、波束賦形以及資源分配方式還有待進一步探索。

發明內容

本發明提出一種毫米波全雙工無人機通信中繼傳輸方法，在毫米波通信中采用全雙工無人機中繼技術，通過優化無人機位置、波束賦形以及功率控制，增大通信容量。

具體步驟如下：

步驟一、建立基站、無人機和用戶的空間位置模型；

空間位置模型包括基站到無人機的距離，發射角和到達角；以及無人機到用戶的距離、發射角和到達角；

基站到無人機的距離、發射角和到達角：

(x_V,y_V,h_V)為無人機坐標；d_B2V為基站到無人機的距離；θ_B代表基站處的發射俯仰角；φ_B代表基站處的發射方位角；θ_r代表無人機處的到達俯仰角；φ_r代表無人機處的到達方位角；

無人機到用戶的距離、發射角和到達角：