面向电磁场感知蜂窝网络的绿色系留无人机

在非科学界中流传的一种普遍看法是，基站在该地域上的密集部署会显著增加电磁场（EMF）暴露水平并影响人群健康。为缓解这一担忧，本文提出一种网络架构，引入搭载绿色天线的系留无人机（TUAV）以在保障用户高速率的同时最小化 EMF 暴露。具体而言，每架 TUAV 可附着于某些建筑物顶部的某个可能的地面站上。通过优化 TUAV 的位置、用户设备的发射功率以及关联策略来最小化 EMF 暴露。遗憾的是，该问题被证明是混合整数非线性规划（MINLP），属于非确定性多项式时间（NP）困难问题。我们提出一种由三个子模块组成的高效低复杂度算法。首先，基于贪心原理提出一种算法以确定用户与基站之间的最优关联矩阵。接着，给出两种方法——改进的 K-均值与收缩重对齐（SR）过程——将每架 TUAV 关联到某个地面站。最后，提出基于黄金分割搜索与 SR 过程的两个算法，以调整 TUAV 在建筑物上方悬停区域内的位置。此后，我们考虑在将暴露保持在预定义值（如法规强制的水平）以下的同时最大化总和速率的对偶问题。随后，我们进行大量仿真，以展示所提 TUAV 相较于多种架构在降低暴露方面的有效性。最终，我们表明，与固定绿色小小区相比，搭载绿色天线的 TUAV 可在实现更高速率的同时，有效将 EMF 暴露降低 20% 以上。