[发明专利]一种无人机MU-MIMO的速率自适应方法、装置及系统

说明书

本发明公开了一种无人机MU‑MIMO的速率自适应方法、装置及系统，属于无人机无线通信领域。本发明通过分析多径衰落导致的直射路径与反射路径相互增强相互削弱影响下，信号相位差随无人机或垂直飞行或水平飞行条件下的变化，从而可靠预测相位差；本发明针对无人机的高动态飞行条件，预测衰落频率，结合CSI历史测量轨迹可靠预测未来未受干扰的信噪比，进而可靠预测用户间干扰影响下的信噪比值，克服了无人机高动态飞行条件下信道测量易过时的影响，保障了无人机与多用户通信时传输速率的自主调整，以适应剧烈波动的无人机信道。

技术领域

本发明属于无人机无线通信领域，更具体地，涉及一种无人机MU-MIMO的速率自适应方法、装置及系统。

背景技术

随着全球网络覆盖范围与用户通信流量需求的增加，下一代通信系统的一个关键特征是地面和非地面通信设施之间的无缝协作。传统的地面蜂窝基站用于提供地面区域的基本覆盖。然而，在热点密集的城市地区，或者在灾区基础通信设施有限的情况下，当地面基站难以满足用户通信需求时，无人机凭借其高度的灵活性、易部署性和对环境变化的广泛适应性，为地面用户提供应急性、低成本、专门化的无线网络与业务分流，具有广阔的应用前景。典型业务包括受灾地区的快速网络恢复，过载小区的流量卸载以及体育赛事的实时直播等。

随着密集用户环境中接入设备数量与流量需求的迅速增加，从单用户(SU)转变为多用户(MU)网络是必不可少的。在最近的研究中，人们将多用户多输入多输出(MU-MIMO)技术应用于空地通信系统中，通过建立多天线无人机热点为地面用户提供以实现更高的频谱效率和网络容量。尽管MU-MIMO技术能够极大提高网络吞吐量，但在高动态无人机环境下如何保持多用户传输链路的鲁棒性，发挥出MU-MIMO网络带来的吞吐量增益优势，依赖于无人机MU-MIMO网络的通信速率自适应(RA)方案，使得各用户链路能够根据信道状态变化调整编码调制方案，减小丢包率并最大化吞吐量。

然而现有的MU-MIMO RA方法难以适应无人机信道的剧烈波动，它们主要用于地面用户间的相互通信，地面用户如行人、车辆等通常具备相对稳定的运动速度或可预测的运动路线，因此具备相对稳定的信道相干时间，因此现有的MU-MIMO RA方法通过在预先估计的相干时间内测量信道信息来达到最佳速率。然而，由于无人机的高度灵敏性与机动性，信道相干时间随着无人机高动态速度和轨迹不断变化，不同用户间也由于其所处环境和与无人机的距离不同，信道状态存在巨大差异。这为MU-MIMO RA设计带来了巨大挑战，因为信道测量很容易变得过时而无法获得当前无人机信道的准确估计，从而造成次优的编码调制方式与传输速率选择，影响整体吞吐量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种无人机MU-MIMO的速率自适应方法、装置及系统，其目的在于解决由于无人机高动态飞行，信道测量数据易过时，引起传输速率选择失误而导致误码率的增加，最终造成吞吐量下降的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种无人机MU-MIMO的速率自适应方法，包括：

S1.获取无人机实时飞行状态数据，并测量上行链路信道状态信息；所述上行链路指从地面设备到无人机的通信链路；

S2.构建信号相位差随无人机飞行状态变化的模型；其中，信号相位差表示地面设备k到无人机第m根天线的信道相位与到无人机第1根天线的信道相位之差；

S3.基于无人机速度和位置预测衰落频率，基于预测得到的衰落频率和未受干扰的信噪比历史数据预测未受干扰的信噪比未来变化；

S4.根据构建的相位差变化模型，结合预测得到的未受干扰信噪比预测相位差未来变化；

S5.根据预测得到的未受干扰信噪比和相位差，计算用户间干扰和预测受干扰后的信噪比，选择上行链路的最佳调制编码方案与传输速率。

进一步地，根据信道互易性测量上行链路的信道状态信息。