[发明专利]RIS辅助的无人机通信系统中的飞行高度和相移设计方法

权利要求书

1.一种RIS辅助的无人机通信系统中的飞行高度和相移设计方法，其特征在于，首先构建RIS辅助的无人机通信系统，包括无人机、RIS以及地面用户，其中无人机作为空中基站向地面用户传输数据，RIS部署在高楼表面且配备N个反射单元，无人机与地面用户之间存在直接链路，RIS反射无人机的发送信号给地面用户以增强地面用户处的接收信号强度；各通信节点坐标分别设为：无人机坐标(x_q,y_q,H_q)，RIS坐标(x_r,y_r,z_r)，地面用户坐标(x_g,y_g,0)；各通信节点之间的信道均建模为莱斯信道，无人机到RIS之间的信道RIS到地面用户之间的信道以及无人机到地面用户之间h₃的信道分别表示为：

其中，ρ₀表示参考距离1米处的路径损耗，d₁、d₂、d₃分别表示无人机和地面用户之间、无人机和RIS之间以及RIS和地面用户之间的距离，α表示路径损耗的指数因子，κ₁、κ₂、κ₃表示莱斯因子；分别表示对应信道的LoS分量，而NLoS分量为独立同分布且服从零均值单位方差的循环对称复高斯分布；假设RIS上N个反射单元采用均匀线性阵列排布，则就可以表示为：

其中，λ表示载波波长，d表示RIS上各反射单元之间的间距，l₁、l₂分别表示无人机和地面用户之间、无人机和RIS之间的水平距离，N表示RIS上反射单元的数量；

莱斯因子表示为与LoS链路概率相关的模型，LoS链路发生的概率P_LoS可以表示为：

其中，a、b是与环境因素有关的常数；θ_i为角度制，表示对应通信链路中发送端与接收端之间的仰角；莱斯因子κ_i与LoS链路概率P_LoS之间的关系表示为因此可以将莱斯因子表示为κ_i＝cexp(bθ_i),i∈{1,2,3}，其中为常数；

所述方法，包括以下步骤：

步骤1.根据无人机、RIS和地面用户的位置信息计算各自之间的距离及仰角；

步骤2.根据步骤1中的距离信息，计算RIS的相移矩阵Θ；

步骤3.基于步骤2中的相移矩阵和步骤1中的距离及仰角信息，分析地面用户的接收速率的上界R_max，并根据接收速率上界设计出最优的无人机飞行高度

步骤4.将步骤3求得最优的无人机飞行高度代入步骤1、2中重新计算，得到最优的相移矩阵Θ^opt。

2.根据权利要求1所述的一种RIS辅助的无人机通信系统中的飞行高度和相移设计方法，其特征在于，所述步骤1中，由于无人机、RIS和地面用户的三维坐标分别设为(x_q,y_q,H_q)、(x_r,y_r,z_r)、(x_g,y_g,0)，则：

无人机到RIS之间的距离及仰角分别为

RIS到地面用户之间的距离及仰角分别为

无人机到地面用户之间的距离及仰角分别为

其中，l₁、l₂、l₃分别表示无人机和地面用户之间、无人机和RIS之间以及RIS和地面用户之间的水平距离，即

3.根据权利要求1所述的一种RIS辅助的无人机通信系统中的飞行高度和相移设计方法，其特征在于，RIS相移矩阵Θ的计算表达式为：其中，λ表示载波波长，d表示RIS上各反射单元之间的间距，N表示RIS上反射单元的数量，d₁、d₂、d₃、l₁、l₂为步骤1中计算得到的距离及水平距离。