无人机网络与地面网络的频谱共享以及性能分析

发布时间：2021-11-16 08:39

　　近年来,基于无人机的应用呈现井喷式发展,无人机在多个领域得到了广泛的应用。其中一个值得注意的应用是无人机作为空中基站,在灾害救援的场景中为地面用户提供通信服务。无人机本身具备高移动性、经济便携等特点,使得搭载基站的无人机具备快速构建无线通信网络的能力。同时,相比单无人机,多无人机构成mesh网络,可以用更经济的方式为大量用户提供通信服务。为了提升无人机网络容量,本文研究无人机网络与地面网络的频谱共享以及性能分析,研究内容如下。1)提出无人机网络与地面蜂窝网络的频谱共享模型。针对空旷地区和城市地区,分别以Nakagami-m信道和LOS/NLOS信道建模无人机空地信道。利用随机几何理论,分析了不同信道条件下,无人机网络用户与地面网络用户的覆盖概率及其与无人机部署参数的函数关系,并通过蒙特卡罗仿真,验证了理论分析的正确性。2)利用无人机网络用户和地面网络用户覆盖概率的分析结果,通过拉格朗日乘子法,以最大化无人机网络容量为目标计算出无人机最佳部署密度,并仿真验证。 

【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２－１无人机分布在二维平面的空地频谱共享模型??本章提出的无人机ｍｅｓｈ网络与地面网络频谱共享的模型如图２－１所示

??节中，无人机的路径损耗和小尺度衰落与上一节的假设相同。如图２－２所示，无??人机空对空链路共享地面网络的频谱，无人机空对地链路为信号链路，使用频谱??／２。ＤＵ会接收到来自其他无人机的干扰，干扰链路的信道模型为Ｎａｋａｇａｍｉ－ｍ??模型。接下来的篇幅里讨论无人机分布在三维空间的场景下，地面基站对ＢＳＵ??的覆盖概率、无人机基站对ＤＵ的覆盖概率及其与无人机分布参数的函数关系。??最后通过蒙特卡罗仿真来验证函数关系的正确性。??／Ｔ?，７??！?＼无人机通信链路＼?Ａｈ??赛?＼信号?Ｚ??＼Ｖ?ｈ?＼?／Ｎａｋａｇａｍｉ?７??／?地面网络基站?无人机网络用户?：?＼??图２－２无人机分布在三維空间中的空地频谱共享模型??２．４．１地面网络对ＢＳＵ的覆盖概率??在本节中，多无人机按照均匀泊松点过程分布在三维空间中，为ＤＵ提供通??ｆｅ服务。ＢＳＵ在接收地面基站有用信号的同时，也会收到无人机发射的干扰信??号。地面基站都利用同一频谱为ＢＳＵ提供通信服务。因此ＢＳＵ也会收到其它地??面基站的干扰信号。ＢＳＵ接收机的信干噪比

无分机分布的高度ｈ??图２－３无人机分布在高度为的二維平面时ＢＳＵ的覆盖概率??图２－３为无人机以均匀泊松点过程分布在高度为的二维平面时，典型ＢＳＵ??的覆盖概率与高度／／的关系。图２－３中首先通过蒙特卡罗仿真［２２］验证理论推导??的正确性，即定理１的正确性。可以从图２－３中看出，理论解与蒙特卡罗仿真结??果基本吻合。其中，单个点的蒙特卡罗仿真方法为：用Ｎａｋａｇａｍｉ－ｍ信道建模无??人机空地信道，以密度为人的均匀泊松点过程部署无人机ｍｅｓｈ网络，统计一万??次仿真中，典型ＢＳＵ接收机的信干噪比大于接收门限的次数。从图２－３中可以??发现，随着高度的増加，ＢＳＵ覆盖概率逐渐增加到一个上限，这个上限值为??ＢＳＵ在不受无人机基站干扰时的覆盖概率，此时除了有用信号，ＢＳＵ只接收到??地面网络内部的干扰和环境噪声。图２－３比较了不同无人机部署密度（Ａ？?）时的??ＢＳＵ覆盖概率。从图中可以看出，随着部署密度人的减小，ＢＳＵ覆盖概率增加。??２４??


本文编号：3498527