基于无线电地图的蜂窝连接无人机三维路径规划
信息论
2020-12-15 v2 系统与控制
信号处理
系统与控制
math.IT
摘要
本文研究蜂窝连接无人机（UAV）的三维（3D）路径规划，以最小化其从给定初始位置到最终位置的飞行距离，同时确保在飞行过程中无人机接收机与其各关联地面基站（GBS）之间的期望信干噪比（SINR）达到目标链路质量。为利用 3D 空间上位置相关且空间变化的信道与干扰，我们提出了一种基于无线电地图的无人机路径规划新框架。具体而言，我们考虑每个 GBS 的信道增益地图，该地图提供其在 3D 网格上均匀采样位置处的大尺度信道增益，这些增益由静态且大尺寸障碍物（如建筑物）引起，故假设为时间不变。基于 GBS 的信道增益地图及其负载因子，我们进而构建描绘采样 3D 位置上期望 SINR 水平的 SINR 地图。利用所得 SINR 地图，我们通过求解图论中一个等价的最短路径问题（SPP）来推导无人机最优路径。我们进一步提出一种网格量化方法，利用相邻网格间的空间信道/干扰相关性，对 SINR 地图中的网格点进行更粗粒度的采样。随后，我们在缩减尺寸的 SINR 地图（图）上以更低复杂度求解近似 SPP。数值结果表明，所提方案能在满足通信质量约束下有效最小化无人机飞行距离/时间，且通过调整 SINR 地图中的网格量化比可实现性能与复杂度之间的灵活折中。此外，所提方案显著优于未充分利用网络中信道/干扰空间分布的各种基准方案。
引用
@article{arxiv.1912.00021,
title = {Radio Map Based 3D Path Planning for Cellular-Connected UAV},
author = {Shuowen Zhang and Rui Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.00021},
year = {2020}
}
备注
to appear in IEEE Transactions on Wireless Communications. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1905.05046