一种考虑遮挡相关性的6G无人机网络参数配置方法技术

本发明专利技术提出一种考虑遮挡相关性的6G无人机网络参数配置方法，涉及无线通信网络领域，特别涉及网络规划、网络规划工具。具体地，无人机基站根据目标区域内的用户流量需求及遮挡物的分布情况确定部署无人机基站的最小数量；无人机动态调整部署位置以实现动态覆盖，移动速度大小及方向随遮挡物情况动态调整以避免碰撞事件。由于无人机基站传输时，遮挡物的情况变化引发链路的视距与非视距状态转换，链路具有波动性，瞬时速率无法表征目标区域内的平均速率性能，因此建立网络的多时隙覆盖率模型，统计目标区域的遮挡相关性参数并引入到多时隙覆盖率中。基于网络覆盖率的变化，确定最佳部署策略及重传策略。佳部署策略及重传策略。佳部署策略及重传策略。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑遮挡相关性的6G无人机网络参数配置方法


[0001]本专利技术涉及无线通信网络领域，特别涉及网络规划、网络规划工具，6G无人机基站网络中考虑遮挡相关性的网络参数配置方法。

技术介绍

[0002]无人机(Unmanned aer ial vehic les,UAVs)由于其自主性、灵活性及高移动性引发学术界和工业界的研究兴趣，并开始应用于军事监测、数据采集、应急救灾、物品运输等多种业务。近年来，无人机技术的发展，如更强的有效载荷能力和更长的飞行时间等使得无人机的广泛部署成为可能，无人机可以在各种业务场景下作为可靠且经济有效的无线通信解决方案。无人机的一种典型应用是用作空中基站，与传统的地面基站相比可以调整飞行高度以实现视距(Line of Sight,LOS)通信；同时无人机凭借其高动态特性及灵活性可以作为临时基站为具有大量数据流量需求的热点区域分流，并可以为没有部署蜂窝基础设施的偏远地区提供覆盖。与建设临时的地面蜂窝基站相比，部署无人机更为高效且更具有成本效益。
[0003]在无人机基站网络中，由于小尺度衰落具有随机性，且无人机在移动过程中遮挡物的变化会引发链路视距和非视距的状态变化，因此无人机空对地信道在时间上存在链路波动性。此外，无人机的移动性使得无人机的空间分布在时间上存在波动性。这些波动性会影响无人机网络中传输的稳定性、有效性和连续性，传统使用瞬时度量的性能分析无法再准确地表征网络地通信质量，无法捕捉信道及网络空间拓扑波动引发对无人机网络通信质量的影响，因此需要建模建模网络的大尺度时间性能，并根据网络大尺度时间性能优化无人机部署。
[0004]此外，由于无人机基站空对地信道在不同时隙下的波动性与遮挡物的遮挡情况密切相关，而遮挡相关性会引发无人机在不同时隙下的遮挡/非遮挡状态具有相关性，因此会影响无人机信道在不同时隙下的相关性。具体地，由于单个遮挡物可以对多个方向的不同信道造成遮挡，因此在不同位置下的遮挡效应具有相互关联的特性，即遮挡相关性。现有无人机网络的性能分析和部署方法研究均基于不同位置的遮挡效应相互独立的假设，一方面会造成网络的理论覆盖率不准确，理论分析结果高于实际覆盖率；另一方面无法体现遮挡相关性对不同时隙下链路波动性的影响，因此无法准确体现大尺度的性能变化。因此，需要考虑基于遮挡相关性的大尺度时间的网络性能对无人机基站部署的影响，基于多时隙覆盖率指导无人机基站的最优部署和重传策略配置。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出了6G无人机基站网络中一种考虑遮挡相关性的无人机网络参数配置方法，具体地，无人机基站作为地面蜂窝网络的补充，为盲点区域进行快速覆盖；根据目标区域的流量需求及遮挡物密度等环境参数确定部署的无人机基站数；无人机动态移动以满足目标区域的动态流量需求，基于随机移动模型动态调整部署位置，移动速度的大小和方
向根据遮挡物的空间分布情况动态调整；受小尺度衰落及无人机的空间位置随时间的变化影响，传输链路时刻波动，且传输距离动态变化，目标区域内地面用户的性能波动，同时遮挡相关性对信道的时变统计特性有较大影响，为提高用户处的网络性能，统计目标区域内的遮挡相关性参数，并建立受灾区域内的多时隙联合覆盖率模型，根据网络覆盖性能随无人机部署参数的变化关系确定无人机的最优部署；基于网络覆盖性能确定无人机的重传时间，以提高无人机的传输效率，降低重传开销。
[0006]本专利技术的考虑遮挡相关性的6G无人机网络参数配置方法包括以下步骤：
[0007]步骤200，根据目标区域的用户流量需求及遮挡物分布情况，确定无人机的部署数量下限。
[0008]能够成功与用户相连接的无人机基站数量应满足目标区域内的用户数据流量需求，部署的无人机基站总数量应满足：
[0009][0010]其中，N为部署的无人机总数量，该值会根据用户流量需求的变化动态更新，是目标区域内总的用户数据量，B为单个无人机基站可承载的数据量，其中η为能够与用户相连接的无人机基站数量占总无人机基站数量的平均比例，该值由目标场景内的就遮挡物密度和平均长度决定，为
[0011][0012]其中，r
L,max
和r
N,max
分别为无人机在视距和非视距条件下的最大传输距离，可以通过测量获得；其中μ为目标区域内的遮挡物密度，h和h
B
分别为遮挡物和无人机的高度，E(L)为目标区域内遮挡物的平均长度，可以根据获得的目标场景内遮挡物的分布情况进行统计计算获得；f(r)为无人机基站到服务用户的水平距离的概率密度分布函数，可以在每个基站侧通过接收到多个用户上报的位置信息进行统计计算获得。
[0013]步骤210，初始状态无人机随机分布在目标区域的上空，之后基于随机移动模型动态调整部署位置，移动速度的大小和方向根据遮挡物的空间分布情况动态调整。
[0014]在初始时刻，无人机随机分布在目标区域上空高度h
B
处，无人机在水平方向进行随机移动，移动时选取(0,2π]范围内的任意一个方向移动；无人机配置有摄像头以实时判定前方是否存在遮挡物，当无人机前方无遮挡物时或距离遮挡物的距离较远时，可以选取(0,v
max
)范围内任意一个速度进行移动；当无人机前方存在遮挡物且距离遮挡物的距离较近时，无人机将方向调整至原路线的反射路线方向进行移动。
[0015]步骤220，基站处基于不同时隙下到用户链路的遮挡状态变化情况，统计遮挡相关性指标。
[0016]设基站到用户链路的遮挡情况在不同时刻的变化情况用序列s＝b
t0
b
t1
...b
tn
表示，其中b
ti
＝0表示基站到用户的链路在t
i
时刻不被遮挡；b
ti
＝1表示基站到用户的链路在
t
i
时刻被遮挡。由于同一遮挡物可以对多个方向的链路造成遮挡，因此无人机在不同时隙下的链路的遮挡/非遮挡状态存在相关关系，此关系可以用相邻两个时隙下的条件遮挡概率表示。具体地，基于不同时隙下基站到用户链路的遮挡状态的变化情况，可以统计在相邻两个时隙的条件遮挡概率，包括P(LOS|LOS)、P(NLOS|LOS)、P(LOS|NLOS)和P(NLOS|NLOS)表示链路在某个时刻为遮挡/非遮挡状态的条件下，下个时刻为遮挡/非遮挡状态的概率，具体计算式为：
[0017][0018][0019]步骤230，基于遮挡相关性指标，计算用户的多时隙覆盖率，并根据无人机部署参数随网络覆盖性能的变化关系优化无人机部署。
[0020]目标区域内用户选取距离其最近的无人机基站作为服务基站，其他基站为干扰基站。考虑无人机链路的视距/非视距状态变化，网络多时隙的覆盖率计算式为：
[0021]P(SIR1≥T,SIR2≥T)＝P(SIR1≥T,LOS,SIR2≥T,LOS)P(LOS|LOS)
[0022]+P(SIR1≥T,NLOS,SIR2≥T,LOS)P(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑遮挡相关性的6G无人机网络参数配置方法，其特征在于，包括：无人机基站作为地面蜂窝网络的动态补充部署在目标区域上空，对盲点区域进行快速覆盖；根据目标区域用户流量需求及遮挡物密度等环境参数，确定部署的无人机基站数量；初始状态无人机基站随机分布在部署区域内，之后无人机基于随机移动模型动态更新位置以实现目标区域的动态覆盖，无人机移动的速度和方向可基于遮挡物的空间边界动态调整；基站处统计遮挡相关性参数以度量无人机运动的不同时隙之间的遮挡状态的相关关系；基于遮挡相关性，建立目标区域内多个时隙的联合覆盖率模型以表征大尺度时间的网络性能，并基于联合覆盖率随无人机部署参数的变化关系确定无人机最优部署参数，并根据相关配置下的覆盖性能制定无人机的重传策略。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据目标区域内的遮挡物密度等环境参数以及用户流量需求，确定无人机基站的部署数量下限，包括：能够成功与用户相连接的无人机基站数量应满足目标区域内的用户数据流量需求，部署的无人机基站总数量应满足：其中，N为部署的无人机总数量，是目标区域内总的用户数据量，B为单个无人机基站可承载的数据量，其中δ为能够与用户相连接的无人机基站数量占总无人机基站数量的平均比例，该值由目标场景内的就遮挡物密度和平均长度决定，为其中，r
L,max
和r
N,max
分别为无人机在视距和非视距条件下的最大传输距离，可以通过测量获得；其中μ为目标区域内的遮挡物密度，h和h
B
分别为遮挡物和无人机的高度，E(L)为目标区域内遮挡物的平均长度；f(r)为无人机基站到服务用户的水平距离的概率密度分布函数，可以在每个基站侧通过接收到多个用户上报的位置信息进行计算。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，无人机基站在初始时刻随机部署在目标区域上空，为实现目标区域的动态覆盖，无人机基站基于随机移动模型动态调整部署位置，移动速度的大小和方向根据遮挡物的空间分布情况动态调整，包括：无人机在水平方向进行移动，移动时选取(0,2π]范...

【专利技术属性】
技术研发人员：何元，魏思远，张鸿涛，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：