紧急救灾场景下的地空通信系统仿真分析研究

摘要

近年来随着无线移动通信系统的演进发展，由无人机(UAV)辅助的地空通信网络在国内外引起了广泛的研究关注。本文针对紧急救灾场景下的地空通信展开研究，为快速恢复通信，使用UAV部署地空通信网络，研究分析地空通信系统性能。　　首先，针对地空通信网络的特性，分析UAV地空通信网络中对无线信道的影响因素，进而展开对UAV地空信道的容量的探讨。建立在紧急情况地面原有通信链路受到破坏被阻断的系统模型，研究搭载转发放大双跳中继的通信仿真模型，分析了中继转发过程中的各阶段信道容量的上界和优化部署位置，并结合MIMO技术，进一步提升系统信道容量。通过仿真给出了理想条件下达到最佳信道容量的UAV部署位置。　　其次，根据对信道容量的分析，基于LTE搭建了UAV系统级地空通信仿真平台，建模用户分布模型、UAV节点模型、UAV地空信道模型和网络布局模型，分析讨论了链路质量模型和链路性能模型，阐述了大尺度衰落、小尺度衰落和阴影衰落对系统性能的影响，对链路自适应和等效信干噪比也作出了分析研究。仿真验证多用户接入时UAV的干扰、调度问题，结合系统级仿真评估标准研究UAV地空通信系统的性能。　　最后，在信道容量和仿真平台研究内容的基础上，应用UAV中继辅助通信的系统模型到实际多用户的紧急救灾场景中。为了提高UAV应急通信能力，结合非正交多址技术给出了动态功率分配方案，依据最大化吞吐量和最小化发射功率来优化UAV部署位置。结合实际限制条件，通过优化多用户接入与无人机的轨迹和功率控制相结合，使下行链路通信中所有地面用户的吞吐量最大化。通过对比仿真验证构建模型的有效性，实现了最优的UAV部署和功率分配策略。

目录

声明

第1章绪论

1.1课题的研究背景与意义

1.1.1 UAV 地空通信背景综述

1.1.2 紧急场景通信的状况概述

1.2国内外研究现状

1.3论文的主要内容与结构

第2章 UAV中继的信道容量分析

2.1地空通信信道特性

2.2通信方案的负载性能分析

2.2.1 单个无人机作空中中继时的性能分析

2.2.2 无人机集群中继的信道容量上限

2.3无人机部署位置优化

2.3.1 单个UAV 的最佳部署位置

2.3.2 UAV 集群的最佳部署优化策略

2.4仿真结果分析

2.5本章小结

第3章 UAV地空通信系统仿真平台设计

3.1系统级仿真概述

3.1.1 系统级仿真准则

3.1.2 系统级仿真的评估标准

3.2基于LTE的UAV系统级仿真平台

3.2.1 系统模型和仿真环境

3.2.2 地空通信仿真平台模块功能

3.3 UAV系统级平台仿真结果

3.3.1 UAV 系统平台结构

3.3.2 仿真流程图

3.3.3 UAV 和UE 参数对系统性能的影响

3.4本章小结

第4章多用户紧急场景下UAV辅助中继通信方案

4.1UAV中继辅助的地空通信系统模型构建

4.2最小化功率优化分配的瞬时最优解

4.2.1 问题方程表述

4.2.2 系统性能参数仿真分析

4.3UAV集群辅助地面多用户的通信性能分析

4.3.1 多UAV 多用户的系统模型改进

4.3.2 UAV 位置优化和功率分配策略

4.4仿真结果

4.5本章小结

第5章总结

5.1工作总结

5.2未来展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果