[发明专利]基于智能反射面辅助的无人机几何模型建立方法

说明书

本发明公开了一种基于智能反射面辅助的无人机几何模型建立方法，包括根据无人机、智能反射面和接收端三者之间的位置关系，建立基于智能反射面辅助的无人机几何模型，并得到信道的复信道增益；根据无人机几何模型，以接收信号功率最大化原则设计优化问题；化简优化问题；求解最优的智能反射面反射相位；确定无人机、用户端和智能反射面之间的时变参数；通过得到的反射相位和时变参数，求解基于智能反射面辅助的空时相关性函数，通过相关性分析来确定智能反射面对无人机信道特性的影响。本发明采用了智能反射面的通信系统可以明显提升信号的接收功率和降低接收信号的多径衰落现象，该模型建立方法可以为6G通信系统关键技术的探索提供有力的支撑。

技术领域

本发明涉及无线通信技术，具体地涉及一种基于智能反射面辅助的无人机几何模型建立方法。

背景技术

近年来，随着无人机制造技术的飞速发展，无人机将在农药喷洒、快递运输、救灾抢险等方面发挥至关重要的作用。无人机的高度灵活性和部署成本廉价性，无人机在无线通信中充当空中移动基站或中继移动基站，已引起工业界和学术界的广泛关注。值得注意的是，无人机和用户端之间的传播环境是不可控的，影响着无人机通信系统的系统性能。智能反射面IRS由具有可调振幅、相位和频率的单元组成，能够控制发射端和接收端之间的传播环境。已有的文献表明：通过调整智能反射面IRS的反射相位，可以提高接收信号功率，消除多径衰落现象。作为一种新兴的技术，面临的挑战是研究智能反射面IRS在无人机通信系统中的应用。准确的信道建模可以为今后的系统性能分析以及预编码算法设计提供依据。

现有技术公开的内容中，有些研究了智能反射面IRS消除多普勒效应和多径衰落的能力，但由于无人机UAV高速移动特性，无人机UAV信道是一个非平稳的过程，因此，该技术无法直接应用于无人机通信场景。有些考虑了无人机路径对重构智能表面辅助的无人机通信系统性能的影响，但是该技术忽略了对智能反射单元数目和的考虑。还有些考虑了非平稳的6G通信系统的三维几何信道模型，该模型采用智能反射面IRS控制收发端之间的传播环境，并假定反射相位由收发端之间的传播距离决定，但是该技术忽略了时变多普勒频移对信道统计特性的影响。也有些研究了智能反射面辅助的MIMO通信系统的宽带非平稳随机信道模型，该模型考虑了智能反射面对信道统计特性的影响，但是该模型忽略了智能反射单元反射相位的考虑。

综上所述，基于智能反射面IRS辅助的无人机UAV信道建模正处在初始阶段，智能反射面IRS对无人机UAV信道的统计特性还有待探索，因此，一种精确的基于智能反射面IRS辅助的无人机UAV信道建模非常必要。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种精确的基于反射面辅助的无人机建模方法，该模型的建立可以为今后的系统性能分析以及预编码算法设计提供依据。

技术方案：本发明的基于智能反射面辅助的无人机几何模型建立方法，包括以下步骤：

S1、根据无人机UAV、智能反射面IRS和接收端三者之间的位置关系，建立基于智能反射面IRS辅助的无人机几何模型，并得到信道的复信道增益；

S2、根据基于智能反射面IRS辅助的无人机几何模型，以接收信号功率最大化原则设计优化问题；

S3、根据接收信号的功率主要集中在经智能反射面IRS反射的直射分量上，化简优化问题；

S4、根据化简的优化问题，求解最优的智能反射面IRS反射相位；

S5、确定无人机、用户端和智能反射面IRS之间的时变参数；

S6、通过步骤S4和步骤S5中得到时变反射相位、时变距离和时变多普勒频移，求解基于智能反射面IRS辅助的空时相关性函数，通过相关性分析来确定智能反射面IRS对无人机信道特性的影响。

进一步的，步骤S1中基于智能反射面辅助的几何模型的复信道增益，其表示如下：