[發明專利]一種利用反射波束補充覆蓋的無人機基站部署方法

在審

• 申請號: 202011199918.5
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112367668A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 張鴻濤;趙嘉怡;陳子儀;楊麗云
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 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

本發明提供了一種利用反射波束補充覆蓋的無人機基站部署方法。具體的，當無人機和用戶之間的直射波束沒有被阻塞時，利用直射波束進行覆蓋，當直射波束被阻塞時，利用反射波束進行覆蓋補充，發揮反射波束的覆蓋潛力，擴充無人機的覆蓋區域，有效降低用戶的中斷概率。首先建模分析建筑物對無人機毫米波傳播的影響，選用路徑長度最短的一階反射徑進行服務，推導服務一階反射波束的垂直投影長度s的概率密度表達式，最終得到無人機基站的覆蓋率，將目標覆蓋區域的實際傳播環境參數如建筑物的密度、平均高度等帶入覆蓋率表達式，根據覆蓋率隨無人機部署參數的變化關系，得到使覆蓋性能最優的無人機部署高度、密度，對實際無人機基站的部署提供指導。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，特別涉及無人機(Unmanned aerial vehicle，簡稱為UAV)基站網絡無人機基站的部署方法設計。

背景技術

未來網絡將面對用戶高覆蓋、高容量需求的巨大挑戰。在現有的地面蜂窩網絡中，地面基站部署周期長、成本高，難以解決高動態場景的業務需求。隨著無人機(Unmannedaerial vehicle，UAV)技術的顯著進步，例如更好的電力管理技術，增加的有效載荷能力，更長的飛行續航時間等，無人機可以用于多種目的，例如拍攝，監視，運輸，通信等。在通信方面，由于無人機的高動態特性和無人機與地面用戶之間的視距的傳輸鏈路，無人機可作為臨時基站為有大量數據流量需求的熱點區域(如大型活動、音樂會、體育賽事)分流，或者是為事故、災難導致的地面覆蓋的盲區提供臨時覆蓋，此外，無人機基站還可以作為在缺乏傳統蜂窩基礎設施的偏遠地區提供無處不在的連接的可能候選者。在補盲、補熱的場景下，與臨時安裝傳統基站相比，無人機基站的臨時部署更加高效且更具成本效益。

移動互聯網和智能終端的快速發展帶來了移動數據業務的爆發式增長，數據流量呈現指數式增長。未來的網絡將面對巨大的挑戰，這些挑戰包括更大的容量，更低的時延等。而毫米波(mmWave)通信是第五代移動通信的關鍵技術之一,可以利用毫米波范圍巨大的帶寬有效地提高鏈路的容量。實現毫米波通信的一個嚴峻挑戰是路徑損耗，為了補償毫米波傳輸嚴重的路徑損耗，毫米波基站通常采用大規模天線陣列進行窄波束傳輸，可以有效的將傳輸能量集中在某一區域或方向。然而，毫米波方向性傳輸對阻塞非常敏感，甚至會導致連接中斷，這也為毫米波通信帶來了新的挑戰。

在無人機部署之前，先通過理論建模對部署后的系統性能做一個預測評估，然后調整部署參量，找到能使部署后系統性能達到最優的部署參量對于無人機的部署是很有指導意義的，目前對于無人機基站的覆蓋性能分析采用以下方法：

因無人機可以部署在空中而能實現很高的LOS概率，一種分析方法是假設了無人機與用戶一定是通過直射鏈路連接，但是在密集城區環境中，由于建筑物的遮擋，地面上存在很大一部分區域屬于無人機LOS鏈路無法覆蓋的區域，因此直接假設無人機和用戶可以通過LOS鏈路連接不合理；另外一種分析方法考慮到建筑物的阻塞效應，如果直射鏈路被阻塞則認為用戶發生中斷，這種假設沒有考慮到反射波束的覆蓋潛力。事實上，毫米波具有良好的反射性能，反射波束功率遠大于噪聲級，如果障礙物的大小尺寸合適，非直射鏈路的反射波束接收功率與相同鏈路距離的直射自由空間接收功率相差很小，證明了反射波束為用戶服務的可行性，因此在實際部署之前的理論分析中需要同時考慮建筑物對波束的阻塞和反射效應，這樣才能使分析模型更加準確。

發明內容

本發明提出一種利用反射波束補充覆蓋的無人機基站部署方法，發揮反射波束的覆蓋潛力，考慮利用反射波束對直射波束無法到達的盲區進行補充覆蓋，建立數學模型對該場景下的無人機基站覆蓋性能進行分析，根據覆蓋率隨部署參數的變化關系，得到使覆蓋性能最優的無人機部署高度、密度。

本發明提出一種利用反射波束補充覆蓋的無人機基站部署方法，該方法包括以下步驟：

步驟200，建立無人機、建筑物的分布模型及需要無人機基站空間覆蓋的目標區域的傳播環境模型，分析建筑物對無人機毫米波傳播的影響。