無人機通信效能的優化方案研究

中航通飛研究院有限公司 王可涵

近年來，無人駕駛飛機的操作已在各個領域得到利用，并且許多無人駕駛飛機將在不久的將來出現。使用多架無人機可以提供許多用于無線通信的程序，但同時也面臨著嚴峻的技術性挑戰。本文著重于如何在通信效率方面使用無人機來優化資源。在將高速有限能量的多無人機中繼通信平臺將會對無人機空地通道建模。為了無人機獲得了可靠的通信性能，所以必須對關鍵技術進行研究。本文介紹了一種優化無人飛行器重復傳輸和通信系統性能的方法。

無人通信由于其高度的靈活性，可操作性和低成本而在無線通信中扮演著越來越重要的角色。非正交多路訪問（noma）技術和毫米波技術是滿足5G爆炸性數據流需求的兩項關鍵技術。因此，最近的研究已經將諾瑪波和毫米波應用于無人飛行器（uav）地面通信網絡，以提高網絡滿足用戶服務質量需求的能力。研究文件的標題是“毫米波兼容的noma-uav網絡的節能設計”，通過共同優化無人機的位置并混合預編碼矢量和功率分配，可以實現毫米波技術的能源效率無人機通信網絡力圖最大化。

1 無人機通信效能的優化方案研究的必要性

1.1 無人機通信效能優化的認識

無人機現在更便宜，更實惠，并且能夠攜帶各種嵌入式發射器功能，計算機和通信設備，使無人機成為當前科學研究的頂峰之一。當前的大部分研究仍集中在單個或小型無人機內作為替代通信渠道的場景，其主要屬性涉及無人駕駛模型搜尋，性能分析領域并針對無人機的駐地和路線進行了優化。雖然這架無人機可能無法有效地處理復雜的任務，但多架無人機具有明顯的優勢。首先，可以將具有不同功能的多架無人機組合到一個高性能系統中。其次，無人機網絡可以支持地面設施并提供通用的通信網絡。整個無人機網絡更廣泛可行。

1.2 無人機通信效能的安全性

近年來，由于無人機在軍事偵察，消防，空中監視，遙測和救災等領域的廣泛應用，無人機在世界范圍內的比例一直很高。就像現在一樣，未來的通信網絡不僅將限于二維級別，而且還將限于地面的詩意基礎。無人機的迅速發展使得在三維空間中處理無數這樣的站成為可能。帶有無人機網絡的網絡可以具有多種功能，例如在功能區域中支持本地蜂窩網絡，或者在公共安全和災難管理的情況下快速建立應急通信網絡。

2 無人機通信效能網絡優化模型

2.1 無人機通信效能的主要性能

針對優化的動態用戶中無人機會重復通信系統容量性能的問題，提出了無人機航路的規劃方法。首先，分析系統中單個連接的穿越能力的近似計算公式；在此基礎上，提出了在基于加權路徑上的容量和最大化準則的無人機航跡的規劃方法，并進行了理論分析，給出了優化路徑上單個連接路徑容量的封閉式表示：計算機仿真驗證了該方法的有效性。

仿真結果表明，組合功率分配的無人機通道規劃方法比具有相同功率分布的獨特無人機通道規劃方法具有更好的中斷性能。

無人機可以充當基站，定向系統和用戶，并通過有效的協調將許多無人機的節點連接到空中復雜的網絡，這些網絡承擔著諸如地面通信的支持和信息獲取之類的任務。具有多個無人機的網絡的建設和使用面臨許多挑戰，與傳統的通信網絡相比，該網絡中資源的適應性要求檢查某些屬性。

2.2 無人機的通信效能信任模型

無人機網絡與地面通信時的第一個樂高代碼主要由開放路徑（LoS，視線，HT）和不完善路徑（NLoS，無視線）組成，然后它們的存在取決于環境的類型，建筑物的高度和密度以及無人機及其在地面上的目標的作案者位置。

高速節點：無人機的移動速度比地面用戶快得多，這可能導致無人機網絡發生動態變化，并將會導致無人機之間的連接信號中斷。

能量是有限的：由于容量的限制，無人機的可用能量是非常有限的，因此節省了飛行和通信是非常至關重要的。

控制功能強大：安全信號會確保在指定的復雜環境中無人機通信安全性能和穩定性。

2.3 無人機的通信效能的信號模型

根據所需的系統，UAV作為投擲/超控系統運行，分兩階段接收，在良好服務任務的節點處接收到信號sg-9，P表示BS的感覺能力：從雷達系統支持的bg信號開始，E/sf=1；daR=BS移除無人機中的節點；UAV節點發送的節點的np使用后記可以建模為零，Bae代表BS和UAV節點之間的Bi（弱）測量值，這會導致部落收集者。它是一個經過標準化處理的變量，平均值為零，平方偏差為1。在第二階段，無線電信號由節點解密，然后重新編程SG-9從文本信號傳輸到用戶節點（U，i=2N），在發送來自UAV節點的信號的模型上，頻率E/fe=1；de代表代表UAV節點的節點到用戶u無線電系統的節點之間的距離，并且GRj測量UAV的節點與用過的u的節點之間的真實存量衰減系數，該平均值作為平均值上的隨機值得出零和二次方差1的計算值：n。用戶U的“節點”輸入，并建模值為零，方差為高斯噪聲。通過公式可以測量的無人機的節點，這些節點使接收輸入瞬時信噪比。根據Shannon方程，bs～uav中繼節點，而uav中繼用戶u節點中鏈路的瞬時容量。在此，系數2/4表示系統半雙工的數據傳輸特性。

3 無人機通信中的頻譜共享

觀察無人機在空中的位置，這些無人機由地面上的基站控制。無人機可以通過兩種方式實現通信：連接到基站或與最近的無人機建立聯絡處。為了使用特定的連接資源，對U2U設備進行了加密，這會導致無線電在U2U設備中受到干擾，并且U2U通信連接設備會違反UAV的優勢。為了保證信號質量，所有UAV（與U2U和U2U的連接）都可以根據音量播放。讓我們假設UAV和U2U的所有小腿都隨機分布在一個二維平面上，且高度相同，并且位置與中心的陸地視圖相對應。

4 無人機通信效能的分析

4.1 通信的仿真分析

隨機到達每個點，平均進行500次隨機嘗試。可以實現最小化U2U的啟動功率總和的解決方案。U2U電路的數量和訪問限制更高，并且噪聲系數和與U2U相關的噪聲系數。它對U2U的啟動功率總和有更強的影響，這表明U2U可以使用更少的啟動功率進行通信。所有曲線都具有相似的趨勢，并且隨著H的增加，曲線先上升然后下降。這是因為LoS空中與地面路徑之間通信的增加與從基站到LoS無人駕駛飛行器（LineofSight，LoS）或LoS間接路徑（None LineofSight，LoS nlo）的直接輻射路徑的可能性有關。當所有無人機的高度從50m增加到2km時，基站和無人機之間的距離將會增加，但是一條直線路徑的可能性將增加，從而導致凈空和陸上通道的損失增加一倍。隨著空中和地面信道的條件改善，干擾會被放大，從而導致U2U需要更多的功率來滿足其通信需求，反之亦然。此外，無論UAV數量的增加以及字母中的噪聲水平是否超過閾值，干擾都將增加，這需要更多的信號功率來進行補償。通過優化與無人機信息求和最大化有關的所有問題，可以獲得結果。關于比較方法的結果，應該指出的是，盡管事實上所有U2U和基站都具有最大的發射功率，但是嚴重的干擾并不能迫使所有UAV滿足信噪比的要求。所有無人機的信息率。

4.2 通信的仿真參數分析

系統仿真平臺參數設置基于仿真模擬平臺，以平均中斷概率最小準則和最大中斷準則比較分析無人機飛行高度和服務區半徑對無人機最佳中繼位置和系統中斷性能的影響。我們提出兩種無人機定位方法，以優化旋翼無人機中繼廣播通信系統的性能。基于構建的模型，提出了用戶最大中斷概率最小化標準和用戶平均中斷概率最小化標準的用戶最大中斷概率和平均中斷概率的計算方法。我們提出了一種聯合配電的方法。最后，仿真驗證了所提方法的正確性。

結束語：由于通信設備的密集部署和物聯網的興起，可用于無人機的頻譜資源有限。在這種情況下，采用NOMA可以共享頻譜以提高頻段利用率；另一方面，毫米波技術提供了許多尚未使用的頻帶資源，并且可以減輕當前的頻帶擁塞。盡管有許多研究可以分析性能并優化無人飛行器（UAV）的毫米波通信網絡的設計，并且有大量的節能設計考慮了無人飛行器（uavs）的有限能量，但很少使用NOMA和MMW波束成形技術。

無人機通信有望普及，在未來的生活里通信網絡將會使用無人機通信網絡設備。為了更加輕松簡便的操作。研究無人機通信網絡優化問題，研究無人機通信網絡資源優化的獨特功能和方法，對無人機頻譜場景進行建模，并確定資源的最終模擬。解決方案和信息交換可以證明無人駕駛車輛在通信網絡中的性能。無人機通信優化研究領域是未來潛在巨大的希望金礦資源，本文只是冰山一角。仍然存在許多開放主題，例如無人機和毫米波通信網絡的組合，過去的大量技術以及諸如電力傳輸的技術。