[發明專利]基于無人機機陣的分布式多天線基站

有效

• 申請號: 202110590358.4
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113364513B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 梁真;姜少之;吳曉峰
• 申請（專利權）人: 西安秦越志遠網絡科技有限公司
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04W16/18;H04W16/28;H04B7/06;H04B7/0413;H04W52/02
• 代理公司: 湖南楚墨知識產權代理有限公司 43268
• 代理人: 王磊

本發明公開了基于無人機機陣的分布式多天線基站，包括多架無人機，多架無人機形成無人機陣列，每架無人機設置不少于1個的天線，無人機通過相互協作以構建MIMO系統，無人機與地面基站進行無線回傳，無人機與地面用戶無線接入；在多個無人機之間進行用戶數據分發和信道狀態信息共享，其中一架無人機將其接收到的信號和估計的用戶數據分發和信道狀態信息廣播到其他無人機，在所有無人機廣播完信息后，每架無人機都會在本地計算波束權重。本發明可以提供無處不在的連接，且具有高頻譜效率和低功耗的特點。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，特別涉及基于無人機機陣的分布式多天線基站。

背景技術

5G NR是一種突破性的蜂窩通信系統，旨在為所有人類和事物提供無縫連接。5GNR的應用包括移動寬帶(MBB)，物聯網(IoT)，超可靠和低延遲通信 (URLLC)和無限固網(FWA)。與前幾代系統相比，5G NR在頻譜效率和能效方面有了顯著改善，這在很大程度上是由于在基站(BS)端部署了大規模 MIMO技術。

無人駕駛飛行器(UAV)，也稱為無人機，已在諸如航拍，空中表演，智能農業，智能物流等日常生活中十分常見。除了這些應用外，還可以將小型蜂窩基站安裝在無人機上，從空中向用戶提供連接服務。無人機基站的用例很多，例如：在受災地區中提供緊急救援，在特點區域補強現有網絡，在具有IoT功能的區域中進行數據收集和分發，或向地面基站很難達到的遠郊地區提供服務。

3GPP已經啟動了相關工作組以標準化蜂窩網絡無人機。但是，他們的重點主要放在將無人機作為用戶設備(UE)的場景中。蜂窩網絡僅用于控制無人機以完成某些操作，例如無人機編隊表演。盡管一些公司在無人機基站方面也做了很多努力，但據我們所知，還沒有關于如何通過多架無人機實現分布式大規模MIMO的研究。

單機版無人機基站有許多缺點。例如緊急救援中，大多數需要救援的地區都位于偏遠地區，單機版無人機可能無法與最近的地面基站通信。增加發射功率或可以解決問題，但是更高的功耗也會縮短電池壽命。特別是無人機也許無法在偏遠地區找到充電樁。另一方面，單機版無人機基站所提供的容量可能無法滿足災后地區或擁擠地區的突發需求。此外，由于機械故障或電池電量不足之類的意外事故，服務可能會中斷。這降低了服務的可靠性和一致性。

發明內容

本發明的目的在于提供基于無人機機陣的分布式多天線基站，可以提供無處不在的連接，且具有高頻譜效率和低功耗的特點，可以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

基于無人機機陣的分布式多天線基站，包括多架無人機，多架無人機形成無人機陣列，每架無人機設置不少于1個的天線，無人機通過相互協作以構建 MIMO系統，無人機與地面基站進行無線回傳，無人機與地面用戶無線接入；

在多個無人機之間進行用戶數據分發和信道狀態信息共享，其中一架無人機將其接收到的信號和估計的用戶數據分發和信道狀態信息廣播到其他無人機，在所有無人機廣播完信息后，每架無人機都會在本地計算波束權重。

進一步地，所述無線回傳中，無人機陣列通過單用戶波束成形與遠端地面基站進行通信。

進一步地，所述無線接入中，無人機陣列可以通過多用戶波束成形為更多用戶提供服務。

進一步地，每個波束導向一個用戶設備。

進一步地，無人機機陣中有N個無人機，對于用戶i的下行鏈路回傳波束成形可以表示為：

其中，表示從遠程基站到無人機j的傳播信道，表示在無人機j上使用的波束權重，表示用戶i的信息，和分別表示用戶i的接收信號和噪聲。

進一步地，對于用戶i的上行鏈路回傳波束成形可以表示為：