[发明专利]基于大规模智能反射单元的无人机信道模型建立方法

说明书

本发明公开了一种基于大规模智能反射单元的无人机信道模型建立方法，首先根据无人机对地实际通信场景，建立了基于大规模智能反射单元的无人机信道模型，并得到信号的复信道增益；根据无人机信道模型，以接收信号功率最大化准则来设计优化问题；由于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，以此简化求解反射相位的过程；根据化简的优化问题，求解最优的智能反射面IRS反射相位；根据复信道增益和最优的智能反射面IRS反射相位，求解基于智能反射面IRS辅助的时空相关性函数，通过相关性分析来确定不同参数对无人机信道特性的影响。本发明方法对于探索智能反射面IRS对无人机信道统计特性的影响提供了一定帮助。

技术领域

本发明涉及无线通信技术，具体涉及一种基于大规模智能反射单元的无人机信道模型建立方法。

背景技术

近年来，随着无人机技术的快速发展，基于无人机UAV的通信技术便引起了各界研究人员的极大兴趣。但是由于无人机的快速移动，无人机的通信场景是一个非平稳的过程，由于无人机和接收端的移动引起的多普勒频移严重影响了通信系统的接收信号功率。因此基于智能反射面IRS辅助的无人机通信便引起了人们的广泛关注。只需要通过调整智能反射面IRS的反射相位，便可以抵消多普勒频移和多径衰落对接收信号的影响，使得接收信号功率最大化，同时提高通信质量。其中，智能反射面IRS中的反射单元都是均匀排列，且大小相等的，并且每一个反射单元能够独立地改变入射信号的相位或幅度。

随着智能反射面IRS反射单元规模的增加，智能反射面IRS辅助的通信系统的性能也会增加，但是其计算复杂度也会提高很多，因此就需要寻找出能够降低计算复杂度的方法。本发明便采用球形波前的二阶近似方法来模拟大规模智能反射面IRS的近场效应，来降低计算复杂度。

在现有的公开技术内容中，有些研究了智能反射面IRS辅助传播环境的远场路径损失模型和反射相位，该反射相位与LoS分量的传播相位对齐，提高了接收信号的功率。有些研究了在各向同性散射环境下的空间相关矩阵和相关矩阵距离等统计特性，当智能反射面IRS反射单元的尺寸增大时，相关矩阵距离逐渐增大，说明基于智能反射面IRS辅助的信道模型在IRS反射单元上具有空间非平稳性。在有些模型中考虑了时变传播相位对信道统计特性的影响，但忽略了由于无人机UAV移动运动引起的多普勒位移的影响。有些研究了一种基于智能反射面IRS的非平稳几何模型，但却忽略了智能反射面IRS的时变反射相位。有些研究了基于智能反射面IRS时变反射相位的IRS辅助模型的时间相关性，却忽略了IRS反射单元的空间非平稳性。

综上所述，基于智能反射面IRS辅助的无人UAV信道建模还在起步阶段，其中在很多方面存在着考虑不周和缺点，需要进一步探索和优化。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种精确的基于大规模智能反射单元的无人机信道模型建立方法，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。

技术方案：本发明的基于大规模智能反射单元的无人机信道模型建立方法，包括以下步骤：

S1、将智能反射面IRS配置在所服务小区边缘的建筑物表面，然后使用三维圆柱体来模拟接收端周围的垂直建筑结构，并利用球面波前的二阶近似来模拟大规模智能反射面IRS的近场效应，假设散射体位于三维圆柱体的表面，且智能反射面IRS包括均匀排列的智能反射单元，建立基于大规模智能反射单元的无人机信道模型；并根据该模型得到信道的复信道增益；

S2、根据基于大规模智能反射单元的无人机信道模型得到该复信道增益有两个分量组成：无人机UAV不通过智能反射面IRS直接与接收端进行传输的复信道增益以及无人机UAV通过智能反射面IRS与接收端进行传输的复信道增益；

S3、根据基于大规模智能反射单元的无人机信道模型，以接收信号功率最大化来设计优化问题；