中文引用格式: 丁鵬輝,王青旺,,楊璐,,等. 110 GHz頻段山地?zé)o人機(jī)視距通信概率及傳播損耗研究[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用,2024,,50(7):39-45.
英文引用格式: Ding Penghui,,Wang Qingwang,Yang Lu,,et al. Study of UAV line-of-sight communication probability and propagation loss for mountain in 110 GHz band[J]. Application of Electronic Technique,,2024,50(7):39-45.
引言
針對(duì)第六代(6G)移動(dòng)通信的新需求和新挑戰(zhàn),,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)正經(jīng)歷著從傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)向天空地海一體化網(wǎng)絡(luò)的重大轉(zhuǎn)變。毫米波通信利用該頻段豐富的頻譜資源來(lái)滿足動(dòng)態(tài)通信場(chǎng)景中低延遲和大容量的傳輸需求,,如高清視頻傳輸,、大數(shù)據(jù)分析等[1],。
在毫米波信道的研究中,已經(jīng)有大量文獻(xiàn)針對(duì)28 GHz,、60 GHz和73 GHz這些典型頻率進(jìn)行了廣泛的測(cè)量活動(dòng)以表征傳播信道[2-5],,主要集中在辦公室[2]、校園[3]和城市[4-5]等場(chǎng)景,。目前研究人員開始重點(diǎn)關(guān)注100 GHz以上的頻率[6-7],。高頻段的電磁波在傳輸過(guò)程中更容易被環(huán)境中的物體和地形遮擋,很大程度限制了毫米波技術(shù)在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用,。低空經(jīng)濟(jì)是未來(lái)的重要發(fā)展趨勢(shì),,在低空經(jīng)濟(jì)中,無(wú)人機(jī)作為一種靈活,、高效的空中工具,,將在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,如物流配送,、農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè),、應(yīng)急救援等。當(dāng)前,,無(wú)人機(jī)通信技術(shù)面臨著諸多難題,,例如頻譜資源有限、通信距離短,、抗干擾能力差等,。為了克服這些問題,亟需在無(wú)人機(jī)通信領(lǐng)域進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的突破,。其中,,無(wú)人機(jī)毫米波通信技術(shù)可以提供更快、更穩(wěn)定的通信連接,,適應(yīng)復(fù)雜多變的低空環(huán)境[8],。近年來(lái),由于無(wú)人機(jī)快速靈活的部署特點(diǎn),,無(wú)人機(jī)空地信道傳播特性的研究[8-10]在相關(guān)領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注,。特別是在山地環(huán)境中,由于地形復(fù)雜性和傳播條件的不確定性,,無(wú)人機(jī)毫米波通信技術(shù)面臨著更大的挑戰(zhàn),,針對(duì)山地場(chǎng)景下的無(wú)人機(jī)毫米波信道建模的研究具有重要的理論和應(yīng)用意義。
視距(Line of Sight, LoS)概率的建模方法,,分別對(duì)應(yīng)信道建模方法中的經(jīng)驗(yàn)方法,、確定性方法和隨機(jī)幾何方法。基于幾何的隨機(jī)模型(GBSM)可以提供一種簡(jiǎn)單,、通用的概率估計(jì)模型[11-13],。這種模型依賴于環(huán)境中物體的空間排列,預(yù)測(cè)無(wú)人機(jī)與用戶之間的直線是否被阻塞,?;谛诺罍y(cè)量的經(jīng)驗(yàn)?zāi)P屯ㄟ^(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的擬合得到了視距概率,可以為特定的真實(shí)環(huán)境提供準(zhǔn)確的結(jié)果[14-15],。然而,,這些模型需要進(jìn)行廣泛的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,并且結(jié)果很難擴(kuò)展到不同的場(chǎng)景中,。射線追蹤作為一種確定性方法,,可以通過(guò)數(shù)字高程地圖(Digital Elevation Model, DEM)構(gòu)建真實(shí)環(huán)境進(jìn)行大量仿真來(lái)獲得LoS概率[4,16-17]。Lee等人[4]使用射線追蹤(Ray Tracing,RT)方法模擬了不同T-R距離下的LoS,、非視距(Non Line of Sight, NLoS)和通信中斷的概率,。Koivum?ki等人[16]提出了一種以算法形式來(lái)評(píng)估最低概率的模型,并利用射線追蹤獲得的真實(shí)城市場(chǎng)景中的LoS概率驗(yàn)證了該算法,。Saboor等人[17]分別提出了一種基于射線追蹤和一種基于幾何的模擬器來(lái)估計(jì)三維城市環(huán)境中的LoS概率,,并推廣到任意的城市布局環(huán)境中。RT方法的優(yōu)勢(shì)在于其真實(shí)性和精確性,,對(duì)計(jì)算精度和計(jì)算量的要求相對(duì)較高,,隨著計(jì)算機(jī)水平的發(fā)展,該問題得到了有效解決,。因此,,本文結(jié)合RT方法和經(jīng)驗(yàn)公式,使用廣泛的RT模擬代替測(cè)量數(shù)據(jù),。
山地地形的特點(diǎn)是地面高度不均勻,,同時(shí)地形高度的標(biāo)準(zhǔn)差較大。丘陵和山區(qū)的傳播損耗主要遵循雙射線模型并根據(jù)表面粗糙度進(jìn)行調(diào)整[8],。但目前針對(duì)雙斜率模型的研究主要集中在城市和校園等場(chǎng)景,。其中,Lee等人[4]對(duì)大田區(qū)域進(jìn)行了28 GHz的信道建模和測(cè)量,,提出了基于射線跟蹤原理的不同臨界距離的雙斜率模型,研究發(fā)現(xiàn)該模型對(duì)NLoS數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果更接近測(cè)量值,。Hur等人[5]比較了紐約大學(xué)校園和大田區(qū)域的信道測(cè)量結(jié)果,,并對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行了射線追蹤模擬。此外,,他們還提出了雙斜率路徑損耗模型,,為城市街道環(huán)境下的傳播測(cè)量提供了更佳的擬合效果。Wang等人[18]探討了2.4 GHz頻段無(wú)線信號(hào)在三種不同戶外環(huán)境的近地面?zhèn)鞑バ阅埽Y(jié)果證明雙斜率模型在預(yù)測(cè)精度上要優(yōu)于單斜率模型,。
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作者信息:
丁鵬輝1,,王青旺1,楊璐2,,顧業(yè)博1,,劉家州3,李宏偉1,,宋健1
(1.昆明理工大學(xué) 信息工程與自動(dòng)化學(xué)院,,云南 昆明 650500;
2.國(guó)家國(guó)防科工局新聞宣傳中心,,北京 100048,;
3.中國(guó)電子科學(xué)研究院,北京 100041)