利用 NOMA 实现蜂窝上行链路中的多波束无人机通信

无人机（UAV）有望成为第五代（5G）及后 5G 蜂窝网络中的重要新型用户类别。特别是，诸如航拍和数据中继等新兴无人机应用需要在无人机与地面基站（GBS）之间进行高速通信。由于无人机高度较高，无人机与 GBS 之间的信道通常由强视距（LoS）链路主导，这为支持地面与空中用户的未来无线网络设计带来了机遇与挑战。尽管得益于视距主导的信道，每架无人机可关联的 GBS 数量多于地面用户，但这也在上行/下行链路中对地面通信造成/遭受更严重的干扰。本文研究多天线无人机到其信号覆盖范围内一组 GBS 的上行通信，考虑了一个实际但具挑战性的场景：无人机天线数少于同信道 GBS 数。为实现高速率传输同时避免对同信道 GBS 处任何现有地面通信造成干扰，我们提出一种利用非正交多址（NOMA）技术的新型多波束传输策略。具体而言，无人机将每个数据流发送至选定的一组 GBS，这些 GBS 可解码无人机信号并在解码其所服务地面用户消息前将其消除，同时通过零强迫（ZF）波束成形在其他 GBS 处置零干扰。为获得本质性见解，我们首先以闭式刻画了所提策略下的自由度（DoF）。随后，我们提出一种高效算法，以在保护地面用户的干扰避免约束下最大化无人机发射速率。