[發明專利]一種基于無人機的IRS輔助低空無源空中中繼控制方法

有效

• 申請號: 202110756454.1
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113517921B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 孫建軍;曹寧;毛明禾
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04B17/391;H04W52/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 向文

本發明公開了一種基于無人機的IRS輔助低空無源空中中繼控制方法，包括如下步驟：基于建立的三維空間基站分別到無人機和用戶的視距通信系統，確定無人機空中最佳中繼位置；通過等效視距信道模型將入射信道和反射信道等效為視距信道；推導出無人機智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)通信中繼系統的中斷概率，實現無人機中繼控制。本發明基于無人機的IRS增加了一個等效視距信道，將傳統的瑞利衰落信道轉換為瑞斯衰落信道，大大提高了地面用戶的接收信噪比，以補償在小區邊緣或用戶高峰期間的性能下降，并且與傳統的基站?終端模型相比，基于無人機的IRS反射模型可以提供直接的額外信道增益，以提高城市蜂窩通信的性能。

技術領域

本發明屬于無線中繼通信領域，具體涉及一種基于無人機的智能反射面(IRS)輔助低空無源空中中繼系統的等效視距信道模型的無人機中繼控制方法。

背景技術

無線中繼不僅是擴展傳輸范圍的有效方法，也是提高容量的重要途徑。中繼器的部署可以通過使用固定的中繼節點或移動中繼平臺來實現。由于固定中繼節點不能提供靈活的中繼服務，近年來，研究人員對移動中繼表現出極大的興趣，如基于無人駕駛飛行器的中繼系統。

無人機在無線中繼中有著廣泛的應用。由于無人機能夠快速和動態地改變其位置，因此可以根據地面用戶實時位置向他們提供靈活和按需的服務。特別是，使用自組織，每個無人機可以動態和自動分配給按需地面用戶，并執行飛行跟蹤，以提供一對一的服務，直到到達覆蓋區域范圍的邊緣。部署的無人機的覆蓋區域也可以重疊，以避免服務盲區。

但是由于無人機電池限制，造成機載能量有限，現有的無人機無線中繼也需消耗大部分能量，使得無人機中繼的續航時間較短，難以滿足使用需求。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，提供一種基于無人機的智能反射面(IRS)輔助低空無源空中中繼系統的等效視距信道模型的無人機中繼控制方法，大大提高了地面用戶接收到的信噪比，提高了每個地面用戶的移動中繼服務質量。

技術方案：為實現上述目的，本發明提供一種基于無人機的IRS輔助低空無源空中中繼控制方法，包括如下步驟：

S1：基于建立的三維空間基站分別到無人機和用戶的視距通信系統，確定無人機空中最佳中繼位置；

S2：基于最佳中繼位置，通過等效視距信道模型將入射信道和反射信道等效為視距信道；

S3：基于視距信道，推導出無人機IRS通信中繼系統的中斷概率，實現無人機中繼控制。

進一步地，所述步驟S1中無人機空中最佳中繼位置的確定方法為：

將基站、無人機和用戶分別表示為S、R、D，將ELoS路徑的長度表達如下：

l_ELoS(θ)＝l_SR+l_RD＝l_SD(cosθ+sinθ)；

式中，l_ELoS(θ)表示ELoS路徑的長度，θ∈(0，π/2)是SR和SD之間的角度值，SR和SD分別是基站到無人機之間和基站到用戶之間；

l_ELoS(θ)是凹函數，當θ＝π/4時，得到最大值為使用的上界作為性能基準，信道由兩個鏈路組成，分別表示為入射鏈路l_SR＝d₁和反射鏈路l_RD＝d₂，因此無人機在入射鏈路中攜帶的接收信號表達式為：

式中，P_S是信源的傳輸功率，h是入射鏈路的信道增益，s是單位功率為E{|S|²}＝1的傳輸信號；