联网无人机：三维系统建模与覆盖性能分析
信号处理
2019-04-26 v2
摘要
随着普及度提升，无人机（UAV）正关键性地将传统地面物联网（IoT）拓展至天空。为实现无人机与其地面飞手/用户的高性能双向通信，蜂窝联网无人机近来引起显著关注。其中重要问题在于：主要为地面用户设计的现有蜂窝网络，是否也能在三维（3D）空间中有效覆盖新的无人机用户，实现上行与下行通信。此类 3D 覆盖分析颇具挑战，源于独特的空地信道特性、由此引发的与地面通信的干扰问题，以及实际中地面基站（GBS）非均匀的 3D 天线增益方向图。特别地，高空无人机常与大量 GBS 具有高空地视距（LoS）信道高概率，而其随机二值（LoS/非LoS）信道状态与（开/关）活动导致离散无人机-GBS 关联/干扰状态数呈指数级增长，使覆盖分析更困难。本文提出一种新的 3D 系统模型以纳入无人机用户，并给出表征其上/下行 3D 覆盖性能的分析框架。为应对上述指数复杂度，我们引入广义泊松多项（GPM）分布建模离散干扰状态，并提出一种新颖格点近似（LA）技术以近似非格点 GPM 变量并高效高精度获得干扰分布。3D 覆盖分析由大量数值结果验证，其结果亦显示了小区负载因子、GBS 天线下倾角、无人机高度与天线波束宽度等关键系统参数的影响。
引用
@article{arxiv.1901.07887,
title = {Network-Connected UAV: 3D System Modeling and Coverage Performance Analysis},
author = {Jiangbin Lyu and Rui Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.07887},
year = {2019}
}
备注
Double-column, 13 pages, 10 figures, accepted for publication in IEEE Internet of Things Journal