[发明专利]一种基于无人机的IRS辅助低空无源空中中继控制方法

说明书

本发明公开了一种基于无人机的IRS辅助低空无源空中中继控制方法，包括如下步骤：基于建立的三维空间基站分别到无人机和用户的视距通信系统，确定无人机空中最佳中继位置；通过等效视距信道模型将入射信道和反射信道等效为视距信道；推导出无人机智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)通信中继系统的中断概率，实现无人机中继控制。本发明基于无人机的IRS增加了一个等效视距信道，将传统的瑞利衰落信道转换为瑞斯衰落信道，大大提高了地面用户的接收信噪比，以补偿在小区边缘或用户高峰期间的性能下降，并且与传统的基站‑终端模型相比，基于无人机的IRS反射模型可以提供直接的额外信道增益，以提高城市蜂窝通信的性能。

技术领域

本发明属于无线中继通信领域，具体涉及一种基于无人机的智能反射面(IRS)辅助低空无源空中中继系统的等效视距信道模型的无人机中继控制方法。

背景技术

无线中继不仅是扩展传输范围的有效方法，也是提高容量的重要途径。中继器的部署可以通过使用固定的中继节点或移动中继平台来实现。由于固定中继节点不能提供灵活的中继服务，近年来，研究人员对移动中继表现出极大的兴趣，如基于无人驾驶飞行器的中继系统。

无人机在无线中继中有着广泛的应用。由于无人机能够快速和动态地改变其位置，因此可以根据地面用户实时位置向他们提供灵活和按需的服务。特别是，使用自组织，每个无人机可以动态和自动分配给按需地面用户，并执行飞行跟踪，以提供一对一的服务，直到到达覆盖区域范围的边缘。部署的无人机的覆盖区域也可以重叠，以避免服务盲区。

但是由于无人机电池限制，造成机载能量有限，现有的无人机无线中继也需消耗大部分能量，使得无人机中继的续航时间较短，难以满足使用需求。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于无人机的智能反射面(IRS)辅助低空无源空中中继系统的等效视距信道模型的无人机中继控制方法，大大提高了地面用户接收到的信噪比，提高了每个地面用户的移动中继服务质量。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于无人机的IRS辅助低空无源空中中继控制方法，包括如下步骤：

S1：基于建立的三维空间基站分别到无人机和用户的视距通信系统，确定无人机空中最佳中继位置；

S2：基于最佳中继位置，通过等效视距信道模型将入射信道和反射信道等效为视距信道；

S3：基于视距信道，推导出无人机IRS通信中继系统的中断概率，实现无人机中继控制。

进一步地，所述步骤S1中无人机空中最佳中继位置的确定方法为：

将基站、无人机和用户分别表示为S、R、D，将ELoS路径的长度表达如下：

l_ELoS(θ)＝l_SR+l_RD＝l_SD(cosθ+sinθ)；

式中，l_ELoS(θ)表示ELoS路径的长度，θ∈(0，π/2)是SR和SD之间的角度值，SR和SD分别是基站到无人机之间和基站到用户之间；

l_ELoS(θ)是凹函数，当θ＝π/4时，得到最大值为使用的上界作为性能基准，信道由两个链路组成，分别表示为入射链路l_SR＝d₁和反射链路l_RD＝d₂，因此无人机在入射链路中携带的接收信号表达式为：

式中，P_S是信源的传输功率，h是入射链路的信道增益，s是单位功率为E{|S|²}＝1的传输信号；