无人机辅助的协作通信关键技术研究

发布时间：2023-04-19 21:28

　　保持稳定的信号覆盖是实现可靠无线通信的必要前提。然而,障碍物阻隔、传输距离增加等因素将会严重影响无线信号的覆盖范围。协作通信是解决上述问题的有效手段。鉴于当前相关研究大多基于固定的中继协作(即:中继节点不能移动),其受限的信号覆盖能力远远不能满足未来移动通信场景灵活信号的覆盖需求,本论文将利用无人机作为中继来实现对中继信号覆盖的显著增强。目前,业界对无人机辅助的协作通信技术进行了广泛探索,并在信道建模、资源管理等方面取得了多项进展。尽管如此,相关研究仍有许多瓶颈问题亟待解决,包括系统容量优化与表征、通信中断概率的下降以及能量消耗降低等。为实现高效、稳定和低功耗的无人机辅助协作通信,本论文从无人机的飞行轨迹规划、双工(半双工/全双工)模式选择和多跳无人机中继协作传输策略三个方面进行研究,所取得的成果如下:(1)在接收端位置未知的场景下,研究单无人机中继的飞行轨迹规划问题。首先,根据某些已有的接收端的位置信息与道路分布等情况,通过模拟无人机飞行的运动学规律,对未知接收端的位置进行预测。在此基础上,基于空—地信道提出一种新的无人机中继飞行轨迹规划方法。接下来,基于功率效率最优化原则,采用发射...

【文章页数】：142 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
Abstract
缩写清单和符号清单
1 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题的研究背景及意义
        1.2.1 研究背景
        1.2.2 课题意义
    1.3 无人机辅助的协作通信研究现状与挑战
        1.3.1 研究现状
        1.3.2 无人机辅助协作通信面临的挑战
    1.4 论文的研究内容
    1.5 论文的创新点
    1.6 论文的组织结构
2. 无人机辅助的协作通信研究模型概述
    2.1 无人机辅助的协作通信架构
    2.2 无人机辅助的协作通信运行模式
        2.2.1 无人机中继的双工模式
        2.2.2 中继转发策略
        2.2.3 功率自适应控制
    2.3 无人机中继系统通信性能评估
        2.3.1 无人机中继通信信道
        2.3.2 无人机中继信道容量
        2.3.3 无人机中继信道中断概率
    2.4 本章小结
3. 单无人机中继系统中的无人机飞行轨迹规划
    3.1 引言
    3.2 系统模型
        3.2.1 通信场景
        3.2.2 信噪比和信道容量
    3.3 基于接收端位置信息预测的无人机中继轨迹规划
        3.3.1 接收端的位置信息预测
        3.3.2 无人机飞行轨迹规划方法
        3.3.3 基于飞行轨迹规划的功率优化方法
    3.4 单无人机中继系统性能分析
        3.4.1 单无人机中继系统中的关键参数
        3.4.2 单无人机中继系统性能评价指标
        3.4.3 单无人机中继系统性能分析
    3.5 本章小结
4. 单无人机中继系统中的双工模式选择
    4.1 引言
    4.2 系统模型
        4.2.1 基于双工模式选择的单无人机中继协作通信场景
        4.2.2 基于双工模式选择的单无人机中继系统信噪比、信干噪比和信道容量
        4.2.3 基于双工模式选择的无人机传输功率自适应方法
    4.3 双工模式选择策略
        4.3.1 未考虑功率自适应控制的双工模式选择策略
        4.3.2 基于功率自适应控制的双工模式选择策略
    4.4 基于双工模式选择的单无人机中继协作通信系统性能分析
        4.4.1 基于放大转发协议的性能分析
        4.4.2 基于解码转发协议的性能分析
    4.5 本章小结
5. 多跳无人机中继系统中的混合半双工/全双工传输
    5.1 引言
    5.2 系统模型
        5.2.1 多跳无人机中继通信场景
        5.2.2 多跳无人机中继协作通信系统中的信噪比和信干噪比
        5.2.3 多跳无人机中继协作通信系统中的中断概率
    5.3 基于中断概率最小化的功率自适应控制
        5.3.1 中断概率最小化代价函数
        5.3.2 基于中断概率最小化的功率自适应控制算法
    5.4 多跳无人机中继系统性能分析
        5.4.1 中继个数与中断概率的关系
        5.4.2 通信节点的距离与最低中断概率的关系
    5.5 本章小结
6 总结和展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集



本文编号：3794240