[发明专利]无人机搭载RIS通信系统中无人机最佳高度的设计方法

说明书

本发明公开了一种无人机搭载RIS通信系统中无人机最佳高度的设计方法，主要解决在基站与用户无直接链路情况下，通过RIS辅助无线通信时无人机的高度设计问题。其无人机最佳高度的设计方法包括：首先将无人机高度初始化为10m，设置环境参数；然后设计无人机最佳高度的等效参数的迭代表达式；最后判断等效参数t是否收敛，如果收敛，则获得无人机最佳高度；如果不收敛，则重新迭代跳到设计迭代表达式步骤。本发明在通信直接链路阻塞的场景下，利用RIS和无人机各自的优点，在保证无人机安全飞行高度的同时，有效地提高用户的接收速率。

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，特别涉及一种无人机搭载RIS通信系统中无人机最佳高度的设计方法。

背景技术

在物联网(Internet of Things，IoT)技术领域中，无线连接需求的增长和万物互联概念的出现，要求新的通信模式，这最终将使大量的新应用和新的颠覆性技术成为可能。随着IoT技术的大力发展，可以利用各类传感器、射频识别技术、红外感应器等设备，采集数据信息。但由于现有技术对能耗要求高，使得通信成本较高。因此，可重构智能反射面(Reconfigurable Intelligent Surface，RIS)技术作为IoT中提出的关键技术之一受到了业界的广泛研究。

在基站与用户之间的直连链路受到阻挡的情况下，直连信道的增益几乎可以忽略不计，借助RIS构造反射链路可以有效地提高频谱效率和系统的能量效率。然而RIS大多数情况下被装在建筑物表面，这使得某些突发情况下的性能并不是太好，这时利用无人机搭载RIS的方式可以有效的解决这一问题，进一步增加了系统的性能。

但是在动态环境下，无人机的最佳高度如何确定是业界的一大难题。

发明内容

本发明提供了一种无人机搭载RIS通信系统中无人机最佳高度的设计方法，克服现有技术的不足，在通信环境受限的场景下，利用RIS和无人机的优点，在保证无人机飞行安全的同时，有效地提高系统的通信性能。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种无人机搭载RIS通信系统中无人机最佳高度的设计方法，包括：

构建无人机搭载RIS辅助的无线通信系统，该系统包括一个具有单天线的基站、一个搭载着N个被动反射单元RIS的无人机以及一个单天线用户；

无人机最佳高度设计方法包括以下步骤：

步骤1，将无人机高度进行初始化并设置环境参数；

步骤2，设计无人机最佳高度H的等效参数t的迭代表达式；

步骤3，判断当前时刻等效参数t是否满足收敛条件，如果收敛，则获得无人机最佳高度；如果不收敛，则将当前时刻等效参数t代入下一时刻迭代表达式，重新执行步骤3，直至等效参数t达到收敛条件。

进一步的，所述步骤2中，基站与用户之间的信息传输是通过RIS反射基站处发射的信号给用户，设计的无人机最佳高度H的表达式：

其中，N为RIS的反射元件数目，l₁、l₂表示无人机到基站的水平距离和无人机到用户的水平距离，ε₁、c₁表示基站到无人机之间信道的路径损耗因子和在参考距离为1m时的路径损耗；ε₂、c₂表示无人机到用户之间信道的路径损耗因子和在参考距离为1m时的路径损耗；表示两条反射信道的莱斯因子，式中α、β表示环境参数；

利用t＝c exp(b·(180/π)·arctan(l₁/H))进行换元处理，得到形如t＝f(t)的迭代表达式：