[發明專利]一種無人機MU-MIMO的速率自適應方法、裝置及系統

有效

• 申請號: 202110019135.2
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112929109B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 王巍;肖雪豆
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04B17/373
• 分類號: H04B17/373;H04B7/0452;H04W4/40
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種無人機MU?MIMO的速率自適應方法、裝置及系統，屬于無人機無線通信領域。本發明通過分析多徑衰落導致的直射路徑與反射路徑相互增強相互削弱影響下，信號相位差隨無人機或垂直飛行或水平飛行條件下的變化，從而可靠預測相位差；本發明針對無人機的高動態飛行條件，預測衰落頻率，結合CSI歷史測量軌跡可靠預測未來未受干擾的信噪比，進而可靠預測用戶間干擾影響下的信噪比值，克服了無人機高動態飛行條件下信道測量易過時的影響，保障了無人機與多用戶通信時傳輸速率的自主調整，以適應劇烈波動的無人機信道。

技術領域

本發明屬于無人機無線通信領域，更具體地，涉及一種無人機MU-MIMO的速率自適應方法、裝置及系統。

背景技術

隨著全球網絡覆蓋范圍與用戶通信流量需求的增加，下一代通信系統的一個關鍵特征是地面和非地面通信設施之間的無縫協作。傳統的地面蜂窩基站用于提供地面區域的基本覆蓋。然而，在熱點密集的城市地區，或者在災區基礎通信設施有限的情況下，當地面基站難以滿足用戶通信需求時，無人機憑借其高度的靈活性、易部署性和對環境變化的廣泛適應性，為地面用戶提供應急性、低成本、專門化的無線網絡與業務分流，具有廣闊的應用前景。典型業務包括受災地區的快速網絡恢復，過載小區的流量卸載以及體育賽事的實時直播等。

隨著密集用戶環境中接入設備數量與流量需求的迅速增加，從單用戶(SU)轉變為多用戶(MU)網絡是必不可少的。在最近的研究中，人們將多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO)技術應用于空地通信系統中，通過建立多天線無人機熱點為地面用戶提供以實現更高的頻譜效率和網絡容量。盡管MU-MIMO技術能夠極大提高網絡吞吐量，但在高動態無人機環境下如何保持多用戶傳輸鏈路的魯棒性，發揮出MU-MIMO網絡帶來的吞吐量增益優勢，依賴于無人機MU-MIMO網絡的通信速率自適應(RA)方案，使得各用戶鏈路能夠根據信道狀態變化調整編碼調制方案，減小丟包率并最大化吞吐量。

然而現有的MU-MIMO RA方法難以適應無人機信道的劇烈波動，它們主要用于地面用戶間的相互通信，地面用戶如行人、車輛等通常具備相對穩定的運動速度或可預測的運動路線，因此具備相對穩定的信道相干時間，因此現有的MU-MIMO RA方法通過在預先估計的相干時間內測量信道信息來達到最佳速率。然而，由于無人機的高度靈敏性與機動性，信道相干時間隨著無人機高動態速度和軌跡不斷變化，不同用戶間也由于其所處環境和與無人機的距離不同，信道狀態存在巨大差異。這為MU-MIMO RA設計帶來了巨大挑戰，因為信道測量很容易變得過時而無法獲得當前無人機信道的準確估計，從而造成次優的編碼調制方式與傳輸速率選擇，影響整體吞吐量。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種無人機MU-MIMO的速率自適應方法、裝置及系統，其目的在于解決由于無人機高動態飛行，信道測量數據易過時，引起傳輸速率選擇失誤而導致誤碼率的增加，最終造成吞吐量下降的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種無人機MU-MIMO的速率自適應方法，包括：

S1.獲取無人機實時飛行狀態數據，并測量上行鏈路信道狀態信息；所述上行鏈路指從地面設備到無人機的通信鏈路；

S2.構建信號相位差隨無人機飛行狀態變化的模型；其中，信號相位差表示地面設備k到無人機第m根天線的信道相位與到無人機第1根天線的信道相位之差；

S3.基于無人機速度和位置預測衰落頻率，基于預測得到的衰落頻率和未受干擾的信噪比歷史數據預測未受干擾的信噪比未來變化；

S4.根據構建的相位差變化模型，結合預測得到的未受干擾信噪比預測相位差未來變化；

S5.根據預測得到的未受干擾信噪比和相位差，計算用戶間干擾和預測受干擾后的信噪比，選擇上行鏈路的最佳調制編碼方案與傳輸速率。

進一步地，根據信道互易性測量上行鏈路的信道狀態信息。