[发明专利]一种毫米波全双工无人机通信中继传输方法

说明书

本发明公开了一种毫米波全双工无人机通信中继传输方法，属于毫米波通信技术领域。所述方法包括构建以无人机为中继的地面基站到地面用户的通信场景，利用空间位置模型，建立以无人机为中继的地面基站到用户的下行通信系统的信道模型；在同时同频全双工模式下，地面基站向无人机发射信号，无人机向用户设备发射信号；在理想波束赋形条件下设计无人机的最优位置，给定无人机的位置优化波束赋形向量，给定波束赋形向量最优化基站和无人机发射信号的功率。该方法针对以无人机为中继的下行传输系统，扩大了毫米波通信的覆盖范围，提升了系统通信容量，提出了给定任意无人机中继位置及波束赋形下的最优功率控制。

技术领域

本发明属于毫米波通信技术领域，具体是一种毫米波全双工无人机通信中继传输方法。

背景技术

随着第五代通信系统的发展，高数据传输速率已经成为无线通信系统的关键性性能要求之一，传输数据的爆炸性增长为未来移动通信带来了巨大的挑战。据预测，在2030年前个人数据速率将会超过100Gbps，总数据传输量将达到5ZB/月。高数据速率、低延迟、低成本、高系统容量和大规模设备连接成为5G的目标。

为满足5G更高的性能需求，需要探索具有丰富频带资源(30-300GHz)的毫米波通信，为后5G和6G网络提供技术支持。由于毫米波通信有较高的传播损耗，可以采用波束赋形技术有效提高信噪比，而且，毫米波信号波长短，可实现在较小空间内部署大规模天线以实现高阵列增益。然而，地面障碍物经常阻碍视距链路的建立，导致即使应用波束赋形技术，接收信号功率依然衰减严重，限制了毫米波移动通信系统的覆盖能力。

另一方面，无人机通信在近些年引起了广泛关注，无人机将在后5G和6G通信中发挥重要作用。得益于无人机的机动性，它们可以灵活部署于沙漠、海洋和受灾地区等没有基础设施覆盖或基础设施被毁坏的区域。相比传统的地面基站，无人机可以在更高的空中运作，更有可能与地面用户建立视距通信链路。然而，无人机可能受到来自邻近设施、设备的强干扰，如邻近基站、地面设备和其他飞行器等，干扰控制成为了无人机通信的关键性挑战。

基于毫米波通信和无人机通信各自的特点，二者的结合将会具有独特的优势。首先，毫米波信号的弱绕射能力和高传播损耗导致覆盖范围受限，而无人机可以灵活部署，建立多跳网络，扩大毫米波通信网络覆盖范围。其次，无人机相比于地面基站作业高度更高，更容易建立视距链路。此外，毫米波通信采用大规模天线阵列，获取的定向波束可有效提高信道增益，并有效抑制无人机的干扰。但用作通信中继的无人机的空间部署、波束赋形以及资源分配方式还有待进一步探索。

发明内容

本发明提出一种毫米波全双工无人机通信中继传输方法，在毫米波通信中采用全双工无人机中继技术，通过优化无人机位置、波束赋形以及功率控制，增大通信容量。

具体步骤如下：

步骤一、建立基站、无人机和用户的空间位置模型；

空间位置模型包括基站到无人机的距离，发射角和到达角；以及无人机到用户的距离、发射角和到达角；

基站到无人机的距离、发射角和到达角：

(x_V,y_V,h_V)为无人机坐标；d_B2V为基站到无人机的距离；θ_B代表基站处的发射俯仰角；φ_B代表基站处的发射方位角；θ_r代表无人机处的到达俯仰角；φ_r代表无人机处的到达方位角；

无人机到用户的距离、发射角和到达角：