基于智能反射面辅助无人机通信系统的中断概率评估方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于智能反射面辅助无人机通信系统的中断概率评估方法。该方法包括：初始化IRS辅助UAV通信系统的模型参数，计算发射机至反射面端的冲激响应和计算反射面至接收机端的冲激响应，根据发射机至反射面端的冲激响应和反射面至接收机端的冲激响应计算IRS辅助UAV通信系统的总冲激响应，根据IRS辅助UAV通信系统的总冲激响应计算智能反射面的最优相位，根据智能反射面的最优相位计算IRS辅助UAV通信系统的中断概率。本发明专利技术通过几何建模理论对IRS辅助UAV场景的电波传播环境进行建模。该信道模型考虑了多径效应、路径损耗，以及阴影衰落，尽可能达到模拟无线传播环境的目的，从而使得IRS辅助UAV系统的性能分析变得真实可靠。变得真实可靠。变得真实可靠。

【技术实现步骤摘要】
基于智能反射面辅助无人机通信系统的中断概率评估方法


[0001]本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种基于智能反射面辅助无人机通信系统的中断概率评估方法。

技术介绍

[0002]近年来，智能反射面(Intelligent Reflecting Surface，IRS)发展势头强劲。这是因为IRS能够智能调整反射相位来控制无线传播环境，进而为视距链路提供额外支持。基于上述特点，IRS正逐渐融入多种无线技术中。另一方面，由于低成本与三维(Three
‑
Dimensional，3D)移动性，无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)一直被视为学术界与工业界的热门话题。很明显，IRS与UAV的结合有望成为第六代无线通信中最具前景的研究方向之一。为了揭示其在工程建设中的应用潜力，IRS辅助UAV系统的性能分析是不可或缺的。
[0003]现有技术中的一种方案公开了一种IRS辅助UAV中继系统在多个地面窃听者存在的情况下的保密性能分析方法，揭示了IRS的元素数量与UAV的位置对保密中断概率的影响。
[0004]现有技术中的另一种方案公开了一种IRS辅助UAV系统在物联网场景下的性能分析方法。推导了符号错误率、遍历信道容量，以及中断概率的闭合表达式。揭示了IRS的元素数量与UAV的位置对上述表达式的影响。
[0005]现有技术中的另一种方案公开了一种IRS辅助UAV系统的性能分析方法。提出了两种不同方法来表示瞬时信噪比的概率密度函数。推导了中断概率与平均误码率的闭合表达式。分析了UAV的位置对上述表达式的影响。
[0006]上述现有技术方案的缺点为：尽管现有技术方案对IRS辅助UAV系统性能进行了分析，探究了UAV相关的参数对系统性能的影响。但在已公开的技术方案中，都是基于过度简化的信道模型，即不包含收发机之间的多普勒效应的时不变信道模型。尽管这样处理可以有效降低信道建模的复杂度，并容易推导系统性能的闭合表达式，但在本质上却无法为性能分析提供准确的见解。因此，现有技术方案尚未从实际信道模型出发，对系统性能进行分析。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种基于智能反射面辅助无人机通信系统的中断概率评估方法，为准确进行系统的设计、开发与实际部署提供指导。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。
[0009]一种基于智能反射面辅助无人机通信系统的中断概率评估方法，包括：
[0010]初始化IRS辅助UAV通信系统的模型参数；
[0011]计算发射机至反射面端的冲激响应和计算反射面至接收机端的冲激响应；
[0012]根据发射机至反射面端的冲激响应和反射面至接收机端的冲激响应计算IRS辅助UAV通信系统的总冲激响应；
[0013]根据所述IRS辅助UAV通信系统的总冲激响应计算智能反射面的最优相位；
[0014]根据智能反射面的最优相位计算所述IRS辅助UAV通信系统的中断概率。
[0015]优选地，所述的初始化IRS辅助UAV通信系统的模型参数，包括：
[0016]初始化IRS辅助UAV通信系统的如下模型参数：
[0017]初始化发射机Tx的天线数为L
T
，相邻天线之间的间隔为d
T
；
[0018]初始化接收机Rx的天线数为L
R
，相邻天线之间的间隔为d
R
；
[0019]初始化发射天线的相对于x轴的水平角和相对于xz平面的仰角ψ
T
；
[0020]初始化接收天线的相对于x轴的水平角和相对于xz平面的仰角ψ
R
；
[0021]初始化Rx的运动速度υ
R
与相对于x轴的水平角γ
R
；
[0022]初始化UAV的运动速度υ
A
，相对于x轴的水平角γ
A
；
[0023]初始化IRS的元素数目为N，相邻元素之间的间隔为d
A
；
[0024]初始化IRS第一个元素在xoy平面的坐标为(x1,y1)；
[0025]初始化散射体的数目为M；
[0026]初始化Tx和Rx之间的距离为D；
[0027]初始化Tx、UAV、Rx的高度分别为H
T
、H
A
、H
R
；
[0028]发送信号从Tx发出到IRS，经过IRS反射，再经过Rx周围散射体的散射，到Rx。
[0029]优选地，所述的计算发射机至反射面端的冲激响应，包括：
[0030]发射机至反射面端的冲激响应为表示为:
[0031][0032]其中，k0＝2π/λ是自由空间波数，λ＝c0/f
c
为波长，c0为光速，f
c
为载波频率，ε
pn
为第p根发射天线到第n个IRS元素的传播距离，表示为:
[0033][0034]其中，θ
Tn
表示Tx相对于UAV的仰角，表示为:
[0035][0036]其中，x
n
与y
n
分别表示第n个IRS元素在xoy平面的坐标，表示如下：
[0037][0038][0039]其中，表示向下取整，Δ
T
表示第p根发射天线到发射天线中心的距离，p＝1,2,
…
,L
T
，表示为:
[0040][0041]多普勒频移f
TA
表示如下：
[0042][0043]其中，表示视距路径的水平到达角，表示如下：
[0044][0045]PL
TA
表示Tx到IRS端的路径损耗，表示如下：
[0046][0047]其中，表示路径损耗因子，X
σ
表示阴影衰落，服从均值为0，方差为的复高斯分布。
[0048]优选地，所述的计算反射面至接收机端的冲激响应，包括：
[0049]反射面至接收机端的冲激响应用矩阵来描述，由视距分量和非视距分量叠加而成，表示为：
[0050][0051]其中，分别表示反射面至接收机端的视距链路和非视距链路，进一步表示为:
[0052][0053][0054]其中，K
AR
为莱斯因子，φ
m
是在[
‑
π,π)上服从均匀分布的随机变量，ε
nq
为第n个IRS元素到第q根接收天线的传播距离，表示为:
[0055][0056]其中，表示视距路径的水平接收角，表示如下：
[0057][0058]θ
Rn
表示AIRS相对于Rx的仰角，表示如下：
[0059][0060]其中，Δ
R
表示第q(q＝1,2,
…
,L
R
)根接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于智能反射面辅助无人机通信系统的中断概率评估方法，其特征在于，包括：初始化IRS辅助UAV通信系统的模型参数；计算发射机至反射面端的冲激响应和计算反射面至接收机端的冲激响应；根据发射机至反射面端的冲激响应和反射面至接收机端的冲激响应计算IRS辅助UAV通信系统的总冲激响应；根据所述IRS辅助UAV通信系统的总冲激响应计算智能反射面的最优相位；根据智能反射面的最优相位计算所述IRS辅助UAV通信系统的中断概率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的初始化IRS辅助UAV通信系统的模型参数，包括：初始化IRS辅助UAV通信系统的如下模型参数：初始化发射机Tx的天线数为L
T
，相邻天线之间的间隔为d
T
；初始化接收机Rx的天线数为L
R
，相邻天线之间的间隔为d
R
；初始化发射天线的相对于x轴的水平角和相对于xz平面的仰角ψ
T
；初始化接收天线的相对于x轴的水平角和相对于xz平面的仰角ψ
R
；初始化Rx的运动速度υ
R
与相对于x轴的水平角γ
R
；初始化UAV的运动速度υ
A
，相对于x轴的水平角γ
A
；初始化IRS的元素数目为N，相邻元素之间的间隔为d
A
；初始化IRS第一个元素在xoy平面的坐标为(x1,y1)；初始化散射体的数目为M；初始化Tx和Rx之间的距离为D；初始化Tx、UAV、Rx的高度分别为H
T
、H
A
、H
R
；发送信号从Tx发出到IRS，经过IRS反射，再经过Rx周围散射体的散射，到Rx。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的计算发射机至反射面端的冲激响应，包括：发射机至反射面端的冲激响应为表示为:其中，k0＝2π/λ是自由空间波数，λ＝c0/f
c
为波长，c0为光速，f
c
为载波频率，ε
pn
为第p根发射天线到第n个IRS元素的传播距离，表示为:其中，θ
Tn
表示Tx相对于UAV的仰角，表示为:其中，x
n
与y
n
分别表示第n个IRS元素在xoy平面的坐标，表示如下：
其中，表示向下取整，Δ
T
表示第p根发射天线到发射天线中心的距离，p＝1,2,
…
,L
T
，表示为:多普勒频移f
TA
表示如下：其中，表示视距路径的水平到达角，表示如下：PL
TA
表示Tx到IRS端的路径损耗，表示如下：其中，表示路径损耗因子，X
σ
表示阴影衰落，服从均值为0，方差为的复高斯分布。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的计算反射面至接收机端的冲激响应，包括：反射面至接收机端的冲激响应用矩阵来描述，由视距分量和非视距分量叠加而成，表示为：其中，分别表示反射面至接收机端的视距链路和非视距链路，进一步表示为:一步表示为:其中，K
AR
为莱斯因子，φ
m
是在[
‑
π,π)上服从均匀分布的随机变量，ε
nq
为第n个IRS元素到第q根接收天线的传播距离，表示为:
其中，表示视距路径的水平接收角，表示如下：θ
Rn
表示AIRS相对于Rx的仰角，表示如下：其中，Δ
R
表示第q(q＝1,2,
…
,L

【专利技术属性】
技术研发人员：马张枫，马双媛，罗高峰，宗亮，刘伟春，林峰，刘卫兵，
申请(专利权)人：邵阳学院，
类型：发明
国别省市：