[發(fā)明專利]一種利用反射波束補(bǔ)充覆蓋的無人機(jī)基站部署方法

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• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112367668A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張鴻濤;趙嘉怡;陳子儀;楊麗云
• 申請（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué)
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04L12/24;H04B7/185
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種利用反射波束補(bǔ)充覆蓋的無人機(jī)基站部署方法，其特征在于，包括：當(dāng)無人機(jī)和用戶之間的直射波束沒有被阻塞時，利用直射波束進(jìn)行覆蓋，當(dāng)直射波束被阻塞時，利用反射波束對直射波束無法到達(dá)的盲區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充覆蓋，發(fā)揮反射波束的覆蓋潛力，擴(kuò)充無人機(jī)的覆蓋區(qū)域，有效降低用戶的中斷概率；建立數(shù)學(xué)模型對該場景下的無人機(jī)基站覆蓋性能進(jìn)行分析，將目標(biāo)覆蓋區(qū)域的實際傳播環(huán)境參數(shù)如建筑物的密度、平均高度等帶入覆蓋率表達(dá)式，根據(jù)覆蓋率隨無人機(jī)部署參數(shù)(無人機(jī)的密度、高度)的變化關(guān)系，得到使覆蓋性能最優(yōu)的無人機(jī)部署高度、密度，對實際無人機(jī)基站的部署提供指導(dǎo)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，首先需要建立無人機(jī)、建筑物的分布模型，建模分析建筑物對無人機(jī)毫米波傳播的影響；建筑物對無人機(jī)毫米波傳播的影響主要包括三個方面：建筑物對直射波束的阻塞效應(yīng)、建筑物對直射波束的反射效應(yīng)以及建筑物對反射波束的阻塞效應(yīng)；用分布在同一高度H的泊松點過程建模無人機(jī)的分布，其密度為λ，用一個四元組{C＝(x,y),l,w,h,θ}來表示建筑物，其中，(x,y)是建筑物底面中心的坐標(biāo)，l表示建筑物底面長邊的長度，w表示建筑物底面寬邊的長度，h是建筑物的高度，θ定義為從無人機(jī)垂直投影點到典型用戶的向量和建筑物l側(cè)之間的逆時針夾角；假設(shè)(x,y)服從二維平面上的泊松點過程(PPP)，建筑物密度為μ，建筑物的長、寬和高度分別獨(dú)立服從與一個特定的分布，概率密度函數(shù)分別是f_L(l)、f_W(w)和f_H(h)，θ在(0,π]內(nèi)均勻分布；則阻擋無人機(jī)和用戶之間直射波束的建筑物個數(shù)N_LB的密度函數(shù)為：

其中，η表示已知一個建筑物在二維平面上阻塞無人機(jī)到用戶的直射路徑的垂直投影的條件下，該建筑物在三維空間中沒有阻塞直射波束的概率，可以用公式計算；由公式計算，D表示用戶到無人機(jī)的水平距離，E_l和E_w分別表示建筑物長和寬的均值；固定建筑物朝向θ，存在且未被阻塞的垂直投影長度在D和s之間的一階反射徑的條數(shù)N_PR(s)是一個非齊次泊松分布隨機(jī)變量，它的強(qiáng)度函數(shù)為：

其中，S_RB(s,θ)表示二維平面上能夠阻塞一階反射徑的建筑物中心所在的區(qū)域面積，根據(jù)阻塞無人機(jī)直射波束的建筑物數(shù)量分布以及可用的一階反射徑條數(shù)的強(qiáng)度函數(shù)分析建筑物對無人機(jī)波束的影響。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用一階反射徑補(bǔ)充覆蓋，當(dāng)無人機(jī)與用戶的直射波束被阻塞時，考慮用一階反射波束為用戶提供服務(wù)，當(dāng)有多條可用的一階反射徑存在時，選擇路徑長度最短的一階反射波束進(jìn)行覆蓋，推導(dǎo)得到服務(wù)一階反射波束的垂直投影長度s的概率密度表達(dá)式為：式中E_NPR(s)計算如下：

因此，可以得到服務(wù)一階反射波束的垂直投影長度s的分布函數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，建立無人機(jī)到用戶的波束信道模型，基于建筑物對無人機(jī)波束的影響，以及服務(wù)一階反射波束的垂直投影長度s的概率密度表達(dá)式，推導(dǎo)無人機(jī)基站的覆蓋性能表達(dá)式如下：

其中P(SNR_LOS＞T)可由下列公式計算：

P(SNR_Ref＞T)可由下列公式計算：

獲取目標(biāo)覆蓋區(qū)域傳播環(huán)境參數(shù)(如建筑物平均高度、密度等)，帶入覆蓋率表達(dá)式，繪制覆蓋率隨無人機(jī)的部署參數(shù)(無人機(jī)的部署高度、密度)的變化關(guān)系圖，從圖中找到覆蓋率的最大值，覆蓋率最大值所對應(yīng)的部署參數(shù)即為該目標(biāo)區(qū)域的最佳部署方案。