[發(fā)明專利]無人機搭載RIS通信系統(tǒng)中無人機最佳高度的設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210904759.7
• 申請日: 2022-07-29
• 公開（公告）號: CN115347933B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡艷;徐東超;張軍;朱洪波
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H04B7/145
• 分類號: H04B7/145;H04W64/00;H04B17/391;H04B17/40
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運紅

本發(fā)明公開了一種無人機搭載RIS通信系統(tǒng)中無人機最佳高度的設(shè)計方法，主要解決在基站與用戶無直接鏈路情況下，通過RIS輔助無線通信時無人機的高度設(shè)計問題。其無人機最佳高度的設(shè)計方法包括：首先將無人機高度初始化為10m，設(shè)置環(huán)境參數(shù)；然后設(shè)計無人機最佳高度的等效參數(shù)的迭代表達式；最后判斷等效參數(shù)t是否收斂，如果收斂，則獲得無人機最佳高度；如果不收斂，則重新迭代跳到設(shè)計迭代表達式步驟。本發(fā)明在通信直接鏈路阻塞的場景下，利用RIS和無人機各自的優(yōu)點，在保證無人機安全飛行高度的同時，有效地提高用戶的接收速率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無人機搭載RIS通信系統(tǒng)中無人機最佳高度的設(shè)計方法。

背景技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)(Internet?of?Things，IoT)技術(shù)領(lǐng)域中，無線連接需求的增長和萬物互聯(lián)概念的出現(xiàn)，要求新的通信模式，這最終將使大量的新應(yīng)用和新的顛覆性技術(shù)成為可能。隨著IoT技術(shù)的大力發(fā)展，可以利用各類傳感器、射頻識別技術(shù)、紅外感應(yīng)器等設(shè)備，采集數(shù)據(jù)信息。但由于現(xiàn)有技術(shù)對能耗要求高，使得通信成本較高。因此，可重構(gòu)智能反射面(Reconfigurable?Intelligent?Surface，RIS)技術(shù)作為IoT中提出的關(guān)鍵技術(shù)之一受到了業(yè)界的廣泛研究。

在基站與用戶之間的直連鏈路受到阻擋的情況下，直連信道的增益幾乎可以忽略不計，借助RIS構(gòu)造反射鏈路可以有效地提高頻譜效率和系統(tǒng)的能量效率。然而RIS大多數(shù)情況下被裝在建筑物表面，這使得某些突發(fā)情況下的性能并不是太好，這時利用無人機搭載RIS的方式可以有效的解決這一問題，進一步增加了系統(tǒng)的性能。

但是在動態(tài)環(huán)境下，無人機的最佳高度如何確定是業(yè)界的一大難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種無人機搭載RIS通信系統(tǒng)中無人機最佳高度的設(shè)計方法，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，在通信環(huán)境受限的場景下，利用RIS和無人機的優(yōu)點，在保證無人機飛行安全的同時，有效地提高系統(tǒng)的通信性能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種無人機搭載RIS通信系統(tǒng)中無人機最佳高度的設(shè)計方法，包括：

構(gòu)建無人機搭載RIS輔助的無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個具有單天線的基站、一個搭載著N個被動反射單元RIS的無人機以及一個單天線用戶；

無人機最佳高度設(shè)計方法包括以下步驟：

步驟1，將無人機高度進行初始化并設(shè)置環(huán)境參數(shù)；

步驟2，設(shè)計無人機最佳高度H的等效參數(shù)t的迭代表達式；

步驟3，判斷當(dāng)前時刻等效參數(shù)t是否滿足收斂條件，如果收斂，則獲得無人機最佳高度；如果不收斂，則將當(dāng)前時刻等效參數(shù)t代入下一時刻迭代表達式，重新執(zhí)行步驟3，直至等效參數(shù)t達到收斂條件。

進一步的，所述步驟2中，基站與用戶之間的信息傳輸是通過RIS反射基站處發(fā)射的信號給用戶，設(shè)計的無人機最佳高度H的表達式：

其中，N為RIS的反射元件數(shù)目，l₁、l₂表示無人機到基站的水平距離和無人機到用戶的水平距離，ε₁、c₁表示基站到無人機之間信道的路徑損耗因子和在參考距離為1m時的路徑損耗；ε₂、c₂表示無人機到用戶之間信道的路徑損耗因子和在參考距離為1m時的路徑損耗；表示兩條反射信道的萊斯因子，式中α、β表示環(huán)境參數(shù)；

利用t＝c?exp(b·(180/π)·arctan(l₁/H))進行換元處理，得到形如t＝f(t)的迭代表達式：