一种面向无人机频谱共享系统的多天线传输方法与流程
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种面向无人机频谱共享系统的多天线传输方法。
背景技术：
随着无线通信技术的迅猛发展，用户日益增多，频谱资源不足的问题越来越严重，这已经成为无线通信事业发展的瓶颈。由于无人机的成本低，易操作，具有高度灵活性，其在通信领域的使用越来越广泛。无人机网络具有巨大的应用场景，对信息技术尤其具有重要的现实意义。因此无人机通信网络与地面通信网络共享频谱进行通信时，如何使无人机在对地面通信不造成有害干扰的情况下提高无人机的通信性能显得至关重要。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种面向无人机频谱共享系统的多天线传输方法，以解决现有技术中存在的无人机通信网络与地面通信网络共享频谱进行通信时，如何使无人机在对地面通信不造成有害干扰的情况下提高无人机通信性能的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种面向无人机频谱共享系统的多天线传输方法，其特征在于，所述系统包括无人机、地面控制中心、地面基站和地面用户，地面基站和地面用户之间进行数据传输，同时无人机在对其不造成有害干扰的情况下共享频谱，并与地面控制中心传输信息；其中无人机具有多天线，地面控制中心、地面基站和地面用户均为单天线，所述方法包括以下步骤：
获取无人机到地面控制中心和到地面用户的大尺度传输损耗；
根据地面用户可容忍的干扰功率的最大值，结合无人机到地面用户的大尺度传输损耗，求出无人机的发射功率；
根据无人机的发射功率，结合无人机到地面控制中心的大尺度传输损耗，选择能够使无人机到地面控制中心信道容量达到最大的天线进行传输。
进一步地，所述无人机到地面控制中心和到地面用户的大尺度传输损耗由下述公式（1）～（8）得到：
上述公式中，gur和guu分别为无人机到地面控制中心以及无人机到地面用户的大尺度传输损耗，
进一步地，所述无人机的发射功率由如下公式获得：
式中，pu为无人机的发射功率，
进一步地，所述根据无人机的发射功率，结合无人机到地面控制中心的大尺度传输损耗，选择能够使无人机到地面控制中心信道容量达到最大的天线进行传输，具体包括：
根据无人机的发射功率，结合无人机到地面控制中心的大尺度传输损耗，通过最佳天线选择方法选择能够使无人机到地面控制中心信道容量达到最大的天线进行传输。
进一步地，通过最佳天线选择方法选择天线的具体步骤为：
s1，根据下述公式计算无人机每根天线到地面控制中心之间的信道容量：
式（10）中，
s2，通过以下公式选取使信道容量达到最大的天线：
式（11）中，bi为选择的使信道容量达到最大的天线，un为无人机的天线数目，max为最大值。
进一步地，通过将上述步骤s2选取的天线代入公式（10），可得到无人机到控制中心的最大信道容量cur为：
本发明所提出的一种面向无人机频谱共享系统的多天线传输方法，在无人机功率受限的条件下通过最佳天线选择的方法选择使无人机通信的信道容量达到最大的天线进行传输，最大限度地提高无人机与地面控制中心通信的可靠性，达到最佳传输的效果，有效提高了通信质量。
附图说明
图1为本发明实施例的面向无人机频谱共享系统的多天线传输方法的系统模型图；
图2为本发明实施例的面向无人机频谱共享系统的多天线传输方法的流程示意图；
图3示出了无人机的天线数对无人机到地面控制中心的信道容量的影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
无人机具有体积小，造价低，使用方便的特点，因此无人机在通信方面得到了广泛的应用，同时地面通信也是必不可少的部分。现阶段随着无线通讯事业的迅猛发展，用户数日益增多，频谱资源不足的现象极其严重，已经成为无线通信事业的发展瓶颈，当无人机通信与地面通信共用频谱时必然会造成其通信性能有所下降，采用无人机最佳天线选择的方法达到最佳传输的效果，有效提高了通信质量。
如图1和图2所示，本发明设计了一种面向无人机频谱共享系统的多天线传输方法，包括具有多天线的无人机、地面控制中心、地面基站和地面用户。地面基站正常通信，同时无人机在对其不造成有害干扰的情况下共享频谱，并与地面控制中心传输信息，无人机与地面各个节点之间的信道服从莱斯衰落，地面各节点之间服从瑞利衰落。
在无人机的通信网络中，无人机对地面各节点的无线信道不仅具有大尺度损耗和小尺度衰落，同时地面终端的俯仰角也将对无人机信道衰落带来额外的影响，所以首先获得所分配信道的状态信息，得出其信道增益。
步骤a，基于无人机与地面控制中心和地面用户的传输，获得所分配的信道状态信息。分别针对无人机到地面控制中心，以及无人机到地面用户两条通信链路，由下述公式得到所述信道的状态信息：
上述式（1）～（8）中，gur和guu分别为无人机到地面控制中心以及无人机到地面用户的大尺度传输损耗，
步骤b，空中无人机发送数据信息或控制信息给地面的控制中心，同时会对用户造成同频干扰，通过规定用户所能承受干扰的最大值来限制无人机的发射功率。为计算出无人机的发射功率，需要考虑无人机到地面用户的大尺度衰落以及小尺度衰落因子。
具体的，所述无人机的发射功率由如下公式获得：
其中，pu为无人机的发射功率，
步骤c，通过对无人机进行最佳天线选择方法来最大化无人机与地面控制中心的信道容量，从而提高通信性能，获取信道容量由如下公式得到：
其中，
利用最佳天线选择方案选取使信道容量达到最大的天线：
式中，bi为选择的使信道容量达到最大的天线，un为无人机的天线数目，max为最大值。
将选取的最佳天线代入式（10），可以得到无人机到控制中心的最大信道容量cur为：
下面给出计算机上利用matlab语言仿真实现发明的一个实例。在仿真中设定无线信道相互独立，无人机对地面各节点之间的信道服从莱斯衰落，地面各节点之间的信道服从瑞利衰落。如图3所示，其中c为光速，取值为3×108m/s，fc为载波频率，取值为2×109hz，
以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
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