《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置：首頁(yè) > 通信与网络 > 设计应用 > 110 GHz频段山地无人机视距通信概率及传播损耗研究
110 GHz频段山地无人机视距通信概率及传播损耗研究
电子技术应用
丁鹏辉1，王青旺1，杨璐2，顾业博1，刘家州3，李宏伟1，宋健1
1.昆明理工大学 信息工程与自动化学院；2.国家国防科工局新闻宣传中心； 3.中国电子科学研究院
摘要： 利用射线追踪法建立了基于视距概率的无人机毫米波信道模型，并针对路径损耗进行了双斜率模型分析，阐述了视距概率的建模过程并进行了模型参数分析。由于地形遮挡等环境的影响，损耗较大的反射和绕射路径致使信号的接收强度在突变点前后波动较大，导致单斜率拟合模型不再适用。因此利用线性回归分别在两种地形下对仿真数据进行了单斜率和双斜率接收功率模型的拟合。结果表明双斜率接收功率模型比单斜率模型的拟合效果更好，两种模型在地形更平坦区域拟合的精确度更高。
中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245109
中文引用格式： 丁鵬輝，王青旺，楊璐，等. 110 GHz頻段山地?zé)o人機(jī)視距通信概率及傳播損耗研究[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2024，50(7)：39-45.
英文引用格式： Ding Penghui，Wang Qingwang，Yang Lu，et al. Study of UAV line-of-sight communication probability and propagation loss for mountain in 110 GHz band[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(7)：39-45.
Study of UAV line-of-sight communication probability and propagation loss for mountain in 110 GHz band
Ding Penghui1，Wang Qingwang1，Yang Lu2，Gu Yebo1，Liu Jiazhou3，Li Hongwei1，Song Jian1
1.School of Information Engineering and Automation， Kunming University of Science and Technology；2.News and Propaganda Center of the State Administration of Science， Technology and Industry for National Defense；3.China Academy of Electronic Sciences
Abstract： This paper establishes a millimeter-wave channel model for unmanned aerial vehicles based on line-of-sight probability using the ray tracing method, and a double-slope model analysis is carried out for path loss. This paper describes the modeling process of line-of-sight probability and carries out model parameter analysis. Due to the influence of terrain occlusion and other environments, the reflection and bypassing paths with large losses cause the received strength of the signal to fluctuate greatly before and after the mutation point, which makes the single-slope fit model no longer applicable. Therefore, this paper uses linear regression to fit the single-slope and double-slope received power models to the simulation data under two types of terrain, and analyzes the fitting effect of the two models. The results show that the dual-slope received power model fits better than the single-slope model, and the two models have higher fitting accuracy when the terrain is more flatten.
Key words : UAV；millimeter wave communication；probability of line of sight；propagation loss；double slope model；ray tracing

引言

針對(duì)第六代(6G)移動(dòng)通信的新需求和新挑戰(zhàn)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)正經(jīng)歷著從傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)向天空地海一體化網(wǎng)絡(luò)的重大轉(zhuǎn)變。毫米波通信利用該頻段豐富的頻譜資源來(lái)滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)通信場(chǎng)景中低延遲和大容量的傳輸需求，如高清視頻傳輸、大數(shù)據(jù)分析等[1]。

在毫米波信道的研究中，已經(jīng)有大量文獻(xiàn)針對(duì)28 GHz、60 GHz和73 GHz這些典型頻率進(jìn)行了廣泛的測(cè)量活動(dòng)以表征傳播信道[2-5]，主要集中在辦公室[2]、校園[3]和城市[4-5]等場(chǎng)景。目前研究人員開(kāi)始重點(diǎn)關(guān)注100 GHz以上的頻率[6-7]。高頻段的電磁波在傳輸過(guò)程中更容易被環(huán)境中的物體和地形遮擋，很大程度限制了毫米波技術(shù)在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用。低空經(jīng)濟(jì)是未來(lái)的重要發(fā)展趨勢(shì)，在低空經(jīng)濟(jì)中，無(wú)人機(jī)作為一種靈活、高效的空中工具，將在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，如物流配送、農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)、應(yīng)急救援等。當(dāng)前，無(wú)人機(jī)通信技術(shù)面臨著諸多難題，例如頻譜資源有限、通信距離短、抗干擾能力差等。為了克服這些問(wèn)題，亟需在無(wú)人機(jī)通信領(lǐng)域進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的突破。其中，無(wú)人機(jī)毫米波通信技術(shù)可以提供更快、更穩(wěn)定的通信連接，適應(yīng)復(fù)雜多變的低空環(huán)境[8]。近年來(lái)，由于無(wú)人機(jī)快速靈活的部署特點(diǎn)，無(wú)人機(jī)空地信道傳播特性的研究[8-10]在相關(guān)領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。特別是在山地環(huán)境中，由于地形復(fù)雜性和傳播條件的不確定性，無(wú)人機(jī)毫米波通信技術(shù)面臨著更大的挑戰(zhàn)，針對(duì)山地場(chǎng)景下的無(wú)人機(jī)毫米波信道建模的研究具有重要的理論和應(yīng)用意義。

視距（Line of Sight, LoS）概率的建模方法，分別對(duì)應(yīng)信道建模方法中的經(jīng)驗(yàn)方法、確定性方法和隨機(jī)幾何方法。基于幾何的隨機(jī)模型(GBSM)可以提供一種簡(jiǎn)單、通用的概率估計(jì)模型[11-13]。這種模型依賴(lài)于環(huán)境中物體的空間排列，預(yù)測(cè)無(wú)人機(jī)與用戶(hù)之間的直線是否被阻塞。基于信道測(cè)量的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯ㄟ^(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的擬合得到了視距概率，可以為特定的真實(shí)環(huán)境提供準(zhǔn)確的結(jié)果[14-15]。然而，這些模型需要進(jìn)行廣泛的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，并且結(jié)果很難擴(kuò)展到不同的場(chǎng)景中。射線追蹤作為一種確定性方法，可以通過(guò)數(shù)字高程地圖（Digital Elevation Model, DEM）構(gòu)建真實(shí)環(huán)境進(jìn)行大量仿真來(lái)獲得LoS概率[4,16-17]。Lee等人[4]使用射線追蹤（Ray Tracing,RT）方法模擬了不同T-R距離下的LoS、非視距（Non Line of Sight, NLoS）和通信中斷的概率。Koivum?ki等人[16]提出了一種以算法形式來(lái)評(píng)估最低概率的模型，并利用射線追蹤獲得的真實(shí)城市場(chǎng)景中的LoS概率驗(yàn)證了該算法。Saboor等人[17]分別提出了一種基于射線追蹤和一種基于幾何的模擬器來(lái)估計(jì)三維城市環(huán)境中的LoS概率，并推廣到任意的城市布局環(huán)境中。RT方法的優(yōu)勢(shì)在于其真實(shí)性和精確性，對(duì)計(jì)算精度和計(jì)算量的要求相對(duì)較高，隨著計(jì)算機(jī)水平的發(fā)展，該問(wèn)題得到了有效解決。因此，本文結(jié)合RT方法和經(jīng)驗(yàn)公式，使用廣泛的RT模擬代替測(cè)量數(shù)據(jù)。

山地地形的特點(diǎn)是地面高度不均勻，同時(shí)地形高度的標(biāo)準(zhǔn)差較大。丘陵和山區(qū)的傳播損耗主要遵循雙射線模型并根據(jù)表面粗糙度進(jìn)行調(diào)整[8]。但目前針對(duì)雙斜率模型的研究主要集中在城市和校園等場(chǎng)景。其中，Lee等人[4]對(duì)大田區(qū)域進(jìn)行了28 GHz的信道建模和測(cè)量，提出了基于射線跟蹤原理的不同臨界距離的雙斜率模型，研究發(fā)現(xiàn)該模型對(duì)NLoS數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果更接近測(cè)量值。Hur等人[5]比較了紐約大學(xué)校園和大田區(qū)域的信道測(cè)量結(jié)果，并對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行了射線追蹤模擬。此外，他們還提出了雙斜率路徑損耗模型，為城市街道環(huán)境下的傳播測(cè)量提供了更佳的擬合效果。Wang等人[18]探討了2.4 GHz頻段無(wú)線信號(hào)在三種不同戶(hù)外環(huán)境的近地面?zhèn)鞑バ阅埽Y(jié)果證明雙斜率模型在預(yù)測(cè)精度上要優(yōu)于單斜率模型。


本文詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)下載：

http://ihrv.cn/resource/share/2000006068


作者信息：

丁鵬輝1，王青旺1，楊璐2，顧業(yè)博1，劉家州3，李宏偉1，宋健1

（1.昆明理工大學(xué) 信息工程與自動(dòng)化學(xué)院，云南 昆明 650500；

2.國(guó)家國(guó)防科工局新聞宣傳中心，北京 100048；

3.中國(guó)電子科學(xué)研究院，北京 100041）


Magazine.Subscription.jpg

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng)，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。