معدل 5G انتقال من حيث استخدام الموارد والنظم 4G أكثر بشكل كبير، والمساحة المخصصة لذلك من قبل حرية تكوين الشعاع على نطاق واسع، وبالتالي تحسين كبير في كفاءة الطيف دون زيادة كثافة محطات وظروف عرض النطاق الترددي. ونظام الاتصالات القائم على تكوين الشعاع تكون عاملا أساسيا للتنمية مستقبل الاتصالات المتنقلة.
مع تطور التكنولوجيا، ولا سيما ارتفاع رحلة UAV، زيادة كبيرة في دائرة نصف قطرها من الحركة، والقدرة على التحمل والقدرة على الحمل، وما إلى ذلك، قد يكون من خلال محطة قاعدة على متن الطائرة أو محطة تقوية لتوفير تغطية واسعة بسرعة أصبح التعامل مع الكوارث غير المتوقعة في الإغاثة في حالات الطوارئ الوسائل اللازمة. ومع ذلك، فإن شبكة الطاقة UAV واحدة لا يمكن أن تدعم تعقيدا مما يشير النفقات العامة ويجب النظر التحكم في الشبكة لتوفير كمية كبيرة من الإشارات النفقات العامة بين الطائرات بدون طيار و5G محطة قاعدة الأرض المستخدم تكوين الشعاع لتحسين أداء النظام. ولذلك، الطائرات بدون طيار على ارتفاعات عالية ومحطة أرضية 5G تشكل اتجاه البحوث الهامة من العالم الاتصالات مستقبل موحد.
ويمكن الحصول على المادة في محطة العمارة بدون طيار الأرض شبكة متجانسة تكوين 5G، وشعاع المسح على أساس يقترح تكوين الشعاع مكاسب مضاعفة الطيار السيطرة الهابطة في آلية أولية أعلى شعاع المرتبطة بها، وفيما يتعلق تغطية شبكة تقييم أداء حدود الرياضية المحاكاة.
1 نموذج النظام
1.1 UAV شبكة غير متجانسة
شبكة اتصالات غير متجانسة الطوارئ هي شبكة الاتصالات العامة من خلال المحطة الأرضية والمحمولة جوا الشبكة بدون طيار يتكون من المحطات القاعدية. 1، ومحطة أرضية لتوفير التردد المنخفض إشارة التحكم 5G، السيطرة الكاملة على وصول شعاع الأولي، توفر UAV الهواء المحطة الأساسية الأرض خدمات البيانات للمستخدمين.
UAV موزعة على الطائرة الثابتة ارتفاع ساعة، وارتفاع هذا الموضوع في كثافة الطائرة من؟ B نقطة الموقف توزيع بواسون، رهنا الكثافة المستخدم من الأرض؟ U الموقف بواسون نقطة توزيع. الطائرات بدون طيار كلها نقل الطاقة يفترض حزب العمال، يمكن للمستخدم تحديد موارد الشبكة وفقا لاحتياجات الشبكة تشكيل خلية افتراضية، والخدمات التي تم اختيارها من مجموعة UAV UAV وقت نموذجي يمثل المستخدم كما س = حيث r غير UAV المستخدم العادي المسافة الأفقية، ح هو ارتفاع التوزيع طائرة بدون طيار. وفي الوقت نفسه، طائرات بدون طيار في المجموعة مجموعة الخدمات والتدخل 1 2.
1.2 قناة نموذج
مع الأخذ بعين الاعتبار خط رابط البصر (لوس) بين المستخدم والمحطة الأرضية الطائرات بدون طيار NLOS الارتباط (NLOS)، ويمكن التعبير عن نموذج فقدان الطريق بوصفها وظيفة من ص من الطائرات بدون طيار والطابق الأرضي للمستخدم:
نموذج أكثر من 1.3 شعاع
في المرحلة الأولى من شعاع يرتبط بها، وآلية استخدام نموذج التدريب الهابطة، أي عادة بين تفتيش دقيق لكل مستخدم والمحطة الأساسية من شعاع جود الطائرات بدون طيار، لذلك أن الكائن المحدد لتحقيق أقصى قدر من المستخدم العادي في الاتجاه المحدد، قياس الجمع بين الحزم. بعد تحديد اتجاه معين، وعادة ما تكون مرتبطة المستخدم إلى كافة محطات في اتجاه الطائرات بدون طيار لاستكمال عملية نقل البيانات لاحقا. ويمكن استخدام طريقة البحث الهرمي لمواصلة حل بطريقة شاملة يجلب التكاليف العامة عالية من التدريب، نقل البيانات الهابطة عملية تكوين الشعاع يتم تعديل في خطوتين المقابلة:
(1) يتحكم في مرحلة البحث شعاع. استخدام ناقلات تكوين الشعاع واسعة للعثور على أفضل مزيج من تكوين الشعاع في عملية البحث.
(2) البيانات شعاع البحث. الخطوة الأخيرة من السيطرة على مرحلة البحث شعاع لتقديم أفضل السيطرة على شعاع جنبا إلى جنب تشكيل مزيد من الصقل، عملية نقل البيانات اللاحقة.
وأعرب عن فعالية شعاع مكاسب تشكيل ديسيبل UAV الجانب المحطة الأساسية على النحو التالي:
حيث، A1، A2 وعلى التوالي تمثيل مجموعة الخدمات والتدخل شعاع عرض مجموعة UAV، حزب العمال يمثل انتقال السلطة من الطائرات بدون طيار، دو، ديسيبل على التوالي تمثل مكاسب تكوين الشعاع المستخدم من المحطة الأساسية والطائرات بدون طيار، ل (ري) يمثل فقدان المسار بين المحطة الأساسية وط ال UAV المستخدم العادي، سي تمثل نطاق ضيق بين المحطة الأساسية وط ال UAV المستخدم العادي يتلاشى، والتمويه الأبيض مضافة أعرب مستقلة الضوضاء كما ض.
شعاع الأولي المشترك نموذج 2
عندما يقوم المستخدم النموذجي لتأسيس الاتصال الأولي إلى ارتباط الخلية الظاهري المادي، عملية متعددة الحزم مشتركة الأولية أمر ضروري. في اشارة الى FIG 2 هو مبين في نموذج عملية، المحطة الأرضية من أجل السيطرة على الطائرات بدون طيار النطاق أدنى إشارة قاعدة الفرقة عالية، وأرضية متعددة الحزم من خلال إجراءات الوصول الأولي. الخطوات الرئيسية هي كما يلي:
(1) على غرار الشبكة الأرضية التقليدية، بث إشارة التردد المنخفض من محطة أرضية إشارات الوصول الأولي.
(2) الأرض بشكل كبير معلومات الموقع للمستخدمين الإرسال إلى UAV محطة أساسية لاستكمال السيطرة المتابعة لتكوين الشعاع.
(3) شعاع وشعاع استراتيجية المسح المستخدمة في الطائرات بدون طيار محطة قاعدة تبديل المبادئ، وشعاع من نقل المعلومات إلى محطة أرضية.
(4) محطة أرضية لاتخاذ قرارات على الحزم ويحيله إلى المحطة الأساسية والمستخدم العادي من دون طيار.
(5) محطة قاعدة الطائرات بدون طيار المستخدم نموذجية من خلال وصول الأولي لمتعددة الحزم لنقل البيانات.
في المرحلة الأولى من الحزم لمطابقة محطة المستعمل نموذجية من الطائرات بدون طيار، التي اتخذت لتحقيق أقصى قدر من إشارة إلى نسبة الضوضاء (SNR ماكس) وطريقة لمطابقة شعاع معيار القرار. والمستخدم العادي يستخدم لكل تركيبة من تكوين الشعاع لحساب SNR مركب، أقصى SNR ومرحلة نقل البيانات باستخدام أفضل شعاع مثل شعاع لتكون مطابقة ل. في هذه العملية، يفترض كل شعاع أن مدة وقت الإرسال كافية لحساب الطاقة الواردة في المستخدم العادي.
حيث، ن وم كل تمثيل المستخدم العادي والمحطة الأساسية شعاع UAV، ن = 1،2، ...، نو، م = 1،2، ...، ملحوظة. يتم تنفيذ المرحلة اللاحقة نقل البيانات، والمحطة الأساسية ضمن UAV المستخدم العادي وتخدم المحطة الأساسية الاستخدامات مجموعة شعاع لها (6) الصيغة في شعاع المشترك التي حصلت عليها تشكيل نمط عملية المطابقة شعاع لحفظ الموارد العامة. عملية بغض النظر عن كيفية تغير في عدد مشتركي الهاتف المحمول، وسيلة بحث شاملة لمعالجة إجراء الهابطة شعاع المسح لم يتغير. لا يؤثر على عدد من مستخدمي الهواتف النقالة على أفضل شعاع نتيجة المباراة، والحد من الموارد شعاع ضوئي من التدريب الأولي ونموذج عملية مشتركة ينطبق أيضا على نظام شعاع متعدد المستخدمين.
تغطية نظام 3
نموذجية عتبة المعرفة T أكبر من استقبال SINR SINR احتمال P (T)، لتمثيل المرحلة الأولى من التغطية شعاع المرتبطة UAV أداء الشبكة غير المتجانسة.
في نموذج قناة واحدة ونموذجي مكاسب sidelobe المستخدم الصفر ويفترض، المستخدم العادي إذا وفقط إذا ربح الاستقبال عندما كسب الفص الرئيسي، المستخدم عادة SINR تلقى أكبر من الصفر. إدخال حدثين أساسيين:
(1) أفضل زوج شعاع (OBP) أحداث المباراة: وفي هذه الحالة، عندما شعاع المرتبطة تكوين الشعاع مختارة / UAV المحطة الأساسية وبما يتطابق مع مزيج من قيمة الحد الأقصى مكاسب تكوين الشعاع المستخدم العادي، أي: OBP = {ديسيبل = جيجابايت ، دو = قو}؛
(2) شعاع دون المستوى الأمثل على (SBP) الحدث المباراة. وفي هذه الحالة، عندما شعاع المرتبطة تكوين الشعاع / محطة قاعدة الجمع بين المختارة والطائرات بدون طيار لا يمكن أن تصل إلى المستخدم أقصى قيمة كسب تكوين الشعاع نموذجية، أي SBP = {ديسيبل = جيجابايت، دو = غو}.
النظر في حالتين فقط تغطية SINR غير صفرية، يتم إعادة كتابة مجموعة تغطية صيغة نظام احتمال مثل الصيغة التالية:
في تدريب الهابطة شعاع المخصصة أساسا هاما لمراقبة المحطة الأساسية واستخدام الطائرات بدون طيار تسلسل الطيار الطيار للتمييز المستخدم العادي تخدم المحطة الأساسية وغيرها من إشارات المحطة الأساسية. لذلك، لضمان خدمة إشارة المحطة الأساسية من قبل المستخدم العادي تلقى دون أي تدخل، وتسلسل الطيار المتعامدة المخصصة لجميع محطات الطائرات بدون طيار، ومحطة UAV في كل موقف العشوائية تسيطر التجريبية المتنوعة. قيمة سيطرة الطيار المضاعفة من قبل عامل من بين، أي كل محطة قاعدة لديها مستقلة بدون طيار توزيع مماثل احتمال المحطة الأساسية التي تخدم لديهم نفس التجريبية. لتبسيط التحليل، بالنظر إلى حالة خاصة حيث اثنين فقط طيار مضاعفة، أي، العلوي والسفلي حدود التغطية النظام.
الحد الأعلى للتغطية 3.1 نظام
عندما عامل سيطرة الطيار هو يساوي 0، عدد نظام التحكم الطيار يميل إلى ما لا نهاية، مختلفة متعامد طيار UAV جميع المحطات في مضاعفة الخليوي، والمستخدم العادي قادر على تمييز الخدمة من إشارة وردت إشارات أخرى بدقة إشارة. في حالة الطيارين شبه متعامدة، قوة تدخل السلطة الضجيج لا يكاد يذكر، والحد الأعلى للتغطية نظام معبرا عنها P:
والدليل هو كما يلي:
منذ المحطة الأساسية في ارتفاع ثابت توزيع عملية بواسون نقطة UAV الفضاء، وبالتالي فإن المسافة الأفقية بين المحطة الأساسية والمستخدمين الأرض UAV يمكن التعبير عن دالة الكثافة الاحتمالية للمسافة r من:
3.2 نظام التغطية الأدنى
عندما يساوي عامل سيطرة الطيار إلى 1، وعدد من نظام التحكم الطيار يساوي 1، عن الطيار UAV مضاعفة في نفس الخلية، والمستخدم العادي لا يمكن أن تميز بين إشارات الخدمة سارية المفعول مع إشارات أخرى. عملية المطابقة شعاع، وعادة ما مجموع ما تلقاه مستخدم السلطة (إشارة زائد تدخل) في تقرير المباراة. لتبسيط التحليل، تفترض أن المستخدم العادي وإجراء التدريب UAV شعاع المحطة الأساسية خدمة يستخدم مباراة عشوائية مع الطائرات الأخرى شعاع قاعدة تشكيل ناقلات لنقل عملية مزامنة البيانات.
لأن نفس دليل الحزم تردد يرتبط بها من خلال جميع المحطات القاعدية والمضاعفة، فإن شعاع تنتج حتما الخطأ، مما يؤثر على مدى تغطية SINR. من أجل تحليل أداء النظام في هذه الحالة، لتحديد OBP أعمق، وهي: الاتجاه الآخر عندما شعاع الأمثل تحسين شعاع تشكيل الربح عند انقطاع التيار الكهربائي مجموع أكبر من إجمالي الطاقة في أي المستخدم العادي في الاتجاه الآخر، وقوع OBP الحدث، أعرب OBP الحدث المقابلة على النحو التالي:
في الصيغة، ايم (م = 1،2، ...، نو) يمثل قوة القنوات شعاع التدخل ناقلات م، في حين أن الصيغة العامة التي تولت غير، أي، يتم اختيار أول قناة شعاع متجه لخدمة R1 قناة، وهذه المرة من الربح الأقصى من الحزم التي تنتقل بين المحطة الأساسية التي تخدم والمستخدم العادي. ونظرا للمكاسب sidelobe المستخدم العادي هو صفر، عندما عامل تجريبي إعادة استخدامها هو 1، فإن المكسب من المستخدم العادي يتلقى محطة قاعدة التدخل أخرى لنقل البيانات هو صفر، وبالتالي افتراض الأحداث SBP لا تحدث. في هذه الحالة، عندما يحدث حدث OBP بالكامل، وتغطية النظام الأدنى الكمبيوتر التعبير:
4 المحاكاة والتقييم
يتم تعيين فقدان مسار LOS عامل المضافة والمعلمات محاكاة NLOS يفترض ترد على التوالي مع 1 ديسيبل و 10 ديسيبل، والثوابت البيئية X، Y و11،85-،136، وفعالية تكوين الشعاع ربح ثابت C = 2، وNLOS LOS فقدان مسار معامل كانت 2.5 و 3.7، يتم تعيين قيمة العتبة SINR 0 ديسيبل.
تحقق من أداء النظام التغطية عن طريق المحاكاة. ووفقا لاشتقاق، والعلاقة بين ارتفاع الحدود توزيع تغطية نظام الطائرات بدون طيار الرأسي، كما هو مبين في التين 3 و 4. في حين الحصول على أنظمة مختلفة مع كثافة قاعدة تغطية UAV، والتباين في عرض شعاع مختلفة ونماذج مختلفة فقدان المسار.
وكما يتبين من الشكل (3):
(1) عندما المحطة الأساسية زيادة كثافة الطائرات بدون طيار، تغطية النظام يزيد أيضا. كما وصفها عدد من محطات الطائرات بدون طيار، وزيادة تنوع قناة، وفقا لتحقيق مكاسب التنوع الشبكة التي تركز على المستخدم، فإن النظام أيضا إلى زيادة التغطية.
(2) تغطية للنظام في ظل نفس الظروف من عرض حزمة وكثافة محطات، محطة أساسية ترتبط مع زيادة ارتفاع الطائرات بدون طيار، واحتمال خط رابط البصر بين المحطة الأساسية وUAV المستخدم العادي تدريجيا، ومع ذلك، ويرجع ذلك إلى زيادة بدون طيار عالية، يتم زيادة المسافة بين المحطة الأساسية والمستخدم. وهكذا، ربط الحل الوسط الأمثل يظهر عالية على نظام التغطية التمثيل جودة القناة.
(3) مع زيادة كثافة محطات الطائرات بدون طيار، UAV نشر الارتفاع الأمثل ينخفض تدريجيا، والذي يرجع إلى كثافة أكبر من المحطات القاعدية، المستخدم تلقى في التدخل نفس التردد هو أقوى، وبالتالي فإن الارتفاع الأمثل انخفاض.
(4) وبما أن النظام المذكور هنا لا يعتبر لجعل يفترض كسب الفص الجانبي للمستخدم، وتردد مضاعفة آلية، هناك مباراة الأمثل بين المستخدم وشعاع في محطة قاعدة طيار UAV شبه متعامدة، وبالتالي عرض التغطية شعاع للنظام تأثير أكثر وضوحا. كما يتبين من الشكل 3، أصغر عرض شعاع، وزيادة الربح الفعلي للbeamformer، وتغطية الزيادة المقابلة.
وكما يتبين من الشكل (4): وزعت أكثر كثافة محطة UAV يجلب تغطية أكبر مكاسب النظام. مع زيادة ارتفاع المحطة الأساسية UAV، وتغطية الحد الأقصى للنظام، وهذا هو بسبب الزيادات المحطة الأساسية مثل الطائرات بدون طيار، وظروف صلة UAV بين المحطة الأساسية وأكثر وأكثر على المستخدم العادي، ولوس زيادة احتمال. ومع ذلك، مع زيادة محطة تصاعد ارتفاع قاعدة الطائرات بدون طيار، والمسافة بين المحطة الأساسية وUAV المستخدمين زيادات نموذجية، يقلل من قوة الإشارة، وأيضا خفض التغطية تبعا لذلك.
5. الخاتمة
وتركز هذه الورقة على أداء وتغطية كامل 5G UAS الطيار آلية في إطار شبكة متجانسة المتنوعة، ويعطي تغطية العليا والحدود الدنيا نظام تعبير رياضي. الحصول على أقصى قدر من التغطية من خلال أداء النظام نتائج المحاكاة الطائرات بدون طيار ونشر كثافة عالية، والنشر الفعلي لتنفيذ مشروع الطائرات بدون طيار يوفر الأساس النظري. وفي الوقت نفسه، في المرحلة الأولى من مطابقة شعاع من خلال تعظيم إشارة إلى نسبة الضوضاء (ماكس SNR) وسيلة لقرار مطابقة شعاع المعيار، في الطريقة التي المحطة الأساسية UAV مجموعة المستخدم النموذجية والتي تخدم المحطة الأساسية باستخدام شعاع تشكيل مرحلة شعاع مطابقة نمط مطابقة لمجموعة شعاع، لتحقيق الغرض من توفير الموارد العامة.
مراجع
HOSSAIN E، راستي M، H تبسم، وآخرون al.Evolution نحو 5G متعدد المستويات الشبكات اللاسلكية الخلوية: وجهة نظر إدارة التدخل IEEE الاتصالات اللاسلكية، 2014،21 (3) :. 118-127.
سوف ANDREWS J G، BUZZI S، W CHOI، وآخرون al.What يكون 5G .IEEE مجلة للمناطق مختارة في مجال الاتصالات، 2014،32 (6) :؟ 1065-1082.
Pi ZhouYue الفوتوغرافية، KHAN F.An introduction لملليمتر موجة الجوال ذات النطاق العريض مجلة systems.IEEE Communications، 2011،49 (6): 101-107.
ميراندا K، مولينارو A، مسح RAZAFINDRALAMBO T.A على إيجاد حلول سريعة الانتشار بعد كارثة networks.IEEE الاتصالات مجلة، 2016،54 (4): 117-123.
YALINIZ R، EL-KEYI A، YANIKOMEROGLU H.Efficient 3-D وضع محطة قاعدة جوية في الجيل القادم networks.2016 الخلوية مؤتمر IEEE الدولي للاتصالات (ICC)، عام 2016.
بوكاي I، HETHUIN S، موناري A، وآخرون al.Rapidly شبكة الانتشار لتطبيقات تكتيكية: محطة قاعدة جوية مع وصلات الانتهازية للأحداث غير المراقب والمؤقتة المطلق example.MILCOM 2013-2013 IEEE مؤتمر الاتصالات العسكرية، عام 2013.
الكاتب المعلومات:
1 Zhangshao وي، وقال تشو Xuetian 2، 3 سحابة شيانغ
(1. الاكاديمية الصينية للاتصالات المحدودة، بكين 102209؛ 2. الصين شبكة الشركة المتحدة للاتصالات، ومعهد بحوث تكنولوجيا المحدودة الشبكة، بكين 100048، الصين،
3. التكنولوجيا المحدودة بكين باي بانغ قبل، بكين 100044، الصين)
