[发明专利]基于无人机机阵的分布式多天线基站

说明书

本发明公开了基于无人机机阵的分布式多天线基站，包括多架无人机，多架无人机形成无人机阵列，每架无人机设置不少于1个的天线，无人机通过相互协作以构建MIMO系统，无人机与地面基站进行无线回传，无人机与地面用户无线接入；在多个无人机之间进行用户数据分发和信道状态信息共享，其中一架无人机将其接收到的信号和估计的用户数据分发和信道状态信息广播到其他无人机，在所有无人机广播完信息后，每架无人机都会在本地计算波束权重。本发明可以提供无处不在的连接，且具有高频谱效率和低功耗的特点。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及基于无人机机阵的分布式多天线基站。

背景技术

5G NR是一种突破性的蜂窝通信系统，旨在为所有人类和事物提供无缝连接。5GNR的应用包括移动宽带(MBB)，物联网(IoT)，超可靠和低延迟通信 (URLLC)和无限固网(FWA)。与前几代系统相比，5G NR在频谱效率和能效方面有了显着改善，这在很大程度上是由于在基站(BS)端部署了大规模 MIMO技术。

无人驾驶飞行器(UAV)，也称为无人机，已在诸如航拍，空中表演，智能农业，智能物流等日常生活中十分常见。除了这些应用外，还可以将小型蜂窝基站安装在无人机上，从空中向用户提供连接服务。无人机基站的用例很多，例如：在受灾地区中提供紧急救援，在特点区域补强现有网络，在具有IoT功能的区域中进行数据收集和分发，或向地面基站很难达到的远郊地区提供服务。

3GPP已经启动了相关工作组以标准化蜂窝网络无人机。但是，他们的重点主要放在将无人机作为用户设备(UE)的场景中。蜂窝网络仅用于控制无人机以完成某些操作，例如无人机编队表演。尽管一些公司在无人机基站方面也做了很多努力，但据我们所知，还没有关于如何通过多架无人机实现分布式大规模MIMO的研究。

单机版无人机基站有许多缺点。例如紧急救援中，大多数需要救援的地区都位于偏远地区，单机版无人机可能无法与最近的地面基站通信。增加发射功率或可以解决问题，但是更高的功耗也会缩短电池寿命。特别是无人机也许无法在偏远地区找到充电桩。另一方面，单机版无人机基站所提供的容量可能无法满足灾后地区或拥挤地区的突发需求。此外，由于机械故障或电池电量不足之类的意外事故，服务可能会中断。这降低了服务的可靠性和一致性。

发明内容

本发明的目的在于提供基于无人机机阵的分布式多天线基站，可以提供无处不在的连接，且具有高频谱效率和低功耗的特点，可以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于无人机机阵的分布式多天线基站，包括多架无人机，多架无人机形成无人机阵列，每架无人机设置不少于1个的天线，无人机通过相互协作以构建 MIMO系统，无人机与地面基站进行无线回传，无人机与地面用户无线接入；

在多个无人机之间进行用户数据分发和信道状态信息共享，其中一架无人机将其接收到的信号和估计的用户数据分发和信道状态信息广播到其他无人机，在所有无人机广播完信息后，每架无人机都会在本地计算波束权重。

进一步地，所述无线回传中，无人机阵列通过单用户波束成形与远端地面基站进行通信。

进一步地，所述无线接入中，无人机阵列可以通过多用户波束成形为更多用户提供服务。

进一步地，每个波束导向一个用户设备。

进一步地，无人机机阵中有N个无人机，对于用户i的下行链路回传波束成形可以表示为：

其中，表示从远程基站到无人机j的传播信道，表示在无人机j上使用的波束权重，表示用户i的信息，和分别表示用户i的接收信号和噪声。

进一步地，对于用户i的上行链路回传波束成形可以表示为：