无人机通信效能的优化方案研究

中航通飞研究院有限公司 王可涵

近年来，无人驾驶飞机的操作已在各个领域得到利用，并且许多无人驾驶飞机将在不久的将来出现。使用多架无人机可以提供许多用于无线通信的程序，但同时也面临着严峻的技术性挑战。本文着重于如何在通信效率方面使用无人机来优化资源。在将高速有限能量的多无人机中继通信平台将会对无人机空地通道建模。为了无人机获得了可靠的通信性能，所以必须对关键技术进行研究。本文介绍了一种优化无人飞行器重复传输和通信系统性能的方法。

无人通信由于其高度的灵活性，可操作性和低成本而在无线通信中扮演着越来越重要的角色。非正交多路访问（noma）技术和毫米波技术是满足5G爆炸性数据流需求的两项关键技术。因此，最近的研究已经将诺玛波和毫米波应用于无人飞行器（uav）地面通信网络，以提高网络满足用户服务质量需求的能力。研究文件的标题是“毫米波兼容的noma-uav网络的节能设计”，通过共同优化无人机的位置并混合预编码矢量和功率分配，可以实现毫米波技术的能源效率无人机通信网络力图最大化。

1 无人机通信效能的优化方案研究的必要性

1.1 无人机通信效能优化的认识

无人机现在更便宜，更实惠，并且能够携带各种嵌入式发射器功能，计算机和通信设备，使无人机成为当前科学研究的顶峰之一。当前的大部分研究仍集中在单个或小型无人机内作为替代通信渠道的场景，其主要属性涉及无人驾驶模型搜寻，性能分析领域并针对无人机的驻地和路线进行了优化。虽然这架无人机可能无法有效地处理复杂的任务，但多架无人机具有明显的优势。首先，可以将具有不同功能的多架无人机组合到一个高性能系统中。其次，无人机网络可以支持地面设施并提供通用的通信网络。整个无人机网络更广泛可行。

1.2 无人机通信效能的安全性

近年来，由于无人机在军事侦察，消防，空中监视，遥测和救灾等领域的广泛应用，无人机在世界范围内的比例一直很高。就像现在一样，未来的通信网络不仅将限于二维级别，而且还将限于地面的诗意基础。无人机的迅速发展使得在三维空间中处理无数这样的站成为可能。带有无人机网络的网络可以具有多种功能，例如在功能区域中支持本地蜂窝网络，或者在公共安全和灾难管理的情况下快速建立应急通信网络。

2 无人机通信效能网络优化模型

2.1 无人机通信效能的主要性能

针对优化的动态用户中无人机会重复通信系统容量性能的问题，提出了无人机航路的规划方法。首先，分析系统中单个连接的穿越能力的近似计算公式；在此基础上，提出了在基于加权路径上的容量和最大化准则的无人机航迹的规划方法，并进行了理论分析，给出了优化路径上单个连接路径容量的封闭式表示：计算机仿真验证了该方法的有效性。

仿真结果表明，组合功率分配的无人机通道规划方法比具有相同功率分布的独特无人机通道规划方法具有更好的中断性能。

无人机可以充当基站，定向系统和用户，并通过有效的协调将许多无人机的节点连接到空中复杂的网络，这些网络承担着诸如地面通信的支持和信息获取之类的任务。具有多个无人机的网络的建设和使用面临许多挑战，与传统的通信网络相比，该网络中资源的适应性要求检查某些属性。

2.2 无人机的通信效能信任模型

无人机网络与地面通信时的第一个乐高代码主要由开放路径（LoS，视线，HT）和不完善路径（NLoS，无视线）组成，然后它们的存在取决于环境的类型，建筑物的高度和密度以及无人机及其在地面上的目标的作案者位置。

高速节点：无人机的移动速度比地面用户快得多，这可能导致无人机网络发生动态变化，并将会导致无人机之间的连接信号中断。

能量是有限的：由于容量的限制，无人机的可用能量是非常有限的，因此节省了飞行和通信是非常至关重要的。

控制功能强大：安全信号会确保在指定的复杂环境中无人机通信安全性能和稳定性。

2.3 无人机的通信效能的信号模型

根据所需的系统，UAV作为投掷/超控系统运行，分两阶段接收，在良好服务任务的节点处接收到信号sg-9，P表示BS的感觉能力：从雷达系统支持的bg信号开始，E/sf=1；daR=BS移除无人机中的节点；UAV节点发送的节点的np使用后记可以建模为零，Bae代表BS和UAV节点之间的Bi（弱）测量值，这会导致部落收集者。它是一个经过标准化处理的变量，平均值为零，平方偏差为1。在第二阶段，无线电信号由节点解密，然后重新编程SG-9从文本信号传输到用户节点（U，i=2N），在发送来自UAV节点的信号的模型上，频率E/fe=1；de代表代表UAV节点的节点到用户u无线电系统的节点之间的距离，并且GRj测量UAV的节点与用过的u的节点之间的真实存量衰减系数，该平均值作为平均值上的随机值得出零和二次方差1的计算值：n。用户U的“节点”输入，并建模值为零，方差为高斯噪声。通过公式可以测量的无人机的节点，这些节点使接收输入瞬时信噪比。根据Shannon方程，bs～uav中继节点，而uav中继用户u节点中链路的瞬时容量。在此，系数2/4表示系统半双工的数据传输特性。

3 无人机通信中的频谱共享

观察无人机在空中的位置，这些无人机由地面上的基站控制。无人机可以通过两种方式实现通信：连接到基站或与最近的无人机建立联络处。为了使用特定的连接资源，对U2U设备进行了加密，这会导致无线电在U2U设备中受到干扰，并且U2U通信连接设备会违反UAV的优势。为了保证信号质量，所有UAV（与U2U和U2U的连接）都可以根据音量播放。让我们假设UAV和U2U的所有小腿都随机分布在一个二维平面上，且高度相同，并且位置与中心的陆地视图相对应。

4 无人机通信效能的分析

4.1 通信的仿真分析

随机到达每个点，平均进行500次随机尝试。可以实现最小化U2U的启动功率总和的解决方案。U2U电路的数量和访问限制更高，并且噪声系数和与U2U相关的噪声系数。它对U2U的启动功率总和有更强的影响，这表明U2U可以使用更少的启动功率进行通信。所有曲线都具有相似的趋势，并且随着H的增加，曲线先上升然后下降。这是因为LoS空中与地面路径之间通信的增加与从基站到LoS无人驾驶飞行器（LineofSight，LoS）或LoS间接路径（None LineofSight，LoS nlo）的直接辐射路径的可能性有关。当所有无人机的高度从50m增加到2km时，基站和无人机之间的距离将会增加，但是一条直线路径的可能性将增加，从而导致净空和陆上通道的损失增加一倍。随着空中和地面信道的条件改善，干扰会被放大，从而导致U2U需要更多的功率来满足其通信需求，反之亦然。此外，无论UAV数量的增加以及字母中的噪声水平是否超过阈值，干扰都将增加，这需要更多的信号功率来进行补偿。通过优化与无人机信息求和最大化有关的所有问题，可以获得结果。关于比较方法的结果，应该指出的是，尽管事实上所有U2U和基站都具有最大的发射功率，但是严重的干扰并不能迫使所有UAV满足信噪比的要求。所有无人机的信息率。

4.2 通信的仿真参数分析

系统仿真平台参数设置基于仿真模拟平台，以平均中断概率最小准则和最大中断准则比较分析无人机飞行高度和服务区半径对无人机最佳中继位置和系统中断性能的影响。我们提出两种无人机定位方法，以优化旋翼无人机中继广播通信系统的性能。基于构建的模型，提出了用户最大中断概率最小化标准和用户平均中断概率最小化标准的用户最大中断概率和平均中断概率的计算方法。我们提出了一种联合配电的方法。最后，仿真验证了所提方法的正确性。

结束语：由于通信设备的密集部署和物联网的兴起，可用于无人机的频谱资源有限。在这种情况下，采用NOMA可以共享频谱以提高频段利用率；另一方面，毫米波技术提供了许多尚未使用的频带资源，并且可以减轻当前的频带拥塞。尽管有许多研究可以分析性能并优化无人飞行器（UAV）的毫米波通信网络的设计，并且有大量的节能设计考虑了无人飞行器（uavs）的有限能量，但很少使用NOMA和MMW波束成形技术。

无人机通信有望普及，在未来的生活里通信网络将会使用无人机通信网络设备。为了更加轻松简便的操作。研究无人机通信网络优化问题，研究无人机通信网络资源优化的独特功能和方法，对无人机频谱场景进行建模，并确定资源的最终模拟。解决方案和信息交换可以证明无人驾驶车辆在通信网络中的性能。无人机通信优化研究领域是未来潜在巨大的希望金矿资源，本文只是冰山一角。仍然存在许多开放主题，例如无人机和毫米波通信网络的组合，过去的大量技术以及诸如电力传输的技术。