[发明专利]一种遮挡效应下无人机基站选择方法

说明书

本发明研究和讨论了密集城区下建筑物的遮挡问题，提出了一种遮挡效应下无人机基站选择方法，该方法考虑了波束穿透一次建筑物后仍具有一定能量，即穿透损耗因子不为零的情况，根据密集城区环境参数及穿透损耗因子，确定用户与可连接范围内无人机基站间链路的遮挡情况及链路的穿透损耗。用户选择可连接范围内最近的未被建筑物遮挡的无人机基站作为服务无人机基站，当不存在未被建筑物遮挡无人机基站时，选择最近的被建筑物遮挡一次的无人机基站作为服务基站。在单个无人机基站的覆盖范围较小时，即无人机天线角度较小时，基于提出的考虑遮挡效应的无人机基站选择方法，考虑被建筑物遮挡的无人机基站对用户的服务将有效地提高覆盖率。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及未来第五代移动通信(Beyond 5thGeneration，B5G)和第六代移动通信(6th Generation，6G)中无人机基站通信。

背景技术

面对未来移动数据流量爆炸性增长的需求，无人机通信作为B5G拓展通信空间的主要研究方向之一受到学术界和产业界的广泛关注。地面站点往往部署周期长、成本高，使得现有的地面站点部署方案并不适用于高动态业务场景(如具有大容量需求的补热场景和具有高覆盖需求的补盲场景等)，无法实现由地面移动用户的时空分布按需求接入站点的目标。由于无人机具有低成本、可快速部署、广覆盖等特征，可以作为空中基站为地面用户提供通信服务，一方面可以提高传统蜂窝系统的服务质量，分流热点小区的业务，另一方面可以在灾害地区满足快速通信恢复的需求，作为地面基站通信的有效补充是未来移动通信的主要研究方向。

在未来移动通信系统中，无人机作为基站进行无线通信服务是可以满足较高复杂度和动态的数据需求的技术。和现有的地面小区和卫星通信相比，无人机基站通信具有如下优势：较好的移动性使得可以按需快速部署站点，由于与地面用户和宏站之间的链路多为视距(line-of-sight，LOS)径使得数据传输的容量提升。无人机基站通信多用于补盲、补热场景，即为没有部署地面基站和传统通信中断后的地区提供服务，或者用户密集地区提供良好的链路性能和容量提升。此外，无人机基站利用波束服务用户可以有效提高链路质量和用户容量。

由于无人机基站常用于补热场景并且地面移动用户在城区场景分布密集，基于实际的宽波束模型，无人机基站的波束俯仰角度和部署高度将直接影响无人机基站的波束覆盖范围。此外，在城区环境下分析无人机信道条件变化时需要考虑建筑物的遮挡效应及其带来的穿透损耗。

发明内容

本发明研究和讨论了密集城区下建筑物的遮挡问题，提出了一种遮挡效应下无人机基站选择方法，该方法考虑了波束穿透一次建筑物后仍具有一定能量，即穿透损耗因子不为零的情况，用户选择可连接范围内最近的未被建筑物遮挡的无人机基站作为服务无人机基站，当不存在未被建筑物遮挡无人机基站时，选择最近的被建筑物遮挡一次的无人机基站作为服务基站。

本发明的考虑遮挡效应的无人机基站选择方法包括以下步骤：

步骤200，根据无人机部署参数及天线配置确定用户可连接的无人机基站范围。

宽波束无人机基站部署在密集城区中距离地面高度h处，天线角度设置为θ，θ∈(0，π/2)，考虑无人机的天线角度对波束增益的影响，无人机基站波束增益G与波束方位角的关系表达式如下

其中，波束的旁瓣增益近似为0，则无人机基站只能给在波束覆盖范围内的用户提供服务，在波束覆盖范围外的信号强度几乎为零。因此，用户可连接的宽波束无人机基站的范围为以用户为圆心，半径为htanθ的圆形区域。

步骤210，根据获取到的密集城区环境参数，通过三维空间遮挡建模，确定任意用户与其可连接范围内无人机基站间链路的遮挡情况，引入穿透损耗因子，得到链路的穿透损耗。

根据阻塞建筑物数量分布确定用户和无人机基站链路的穿透损耗S，其计算式为：

S＝γ^K'，