论文题目：基于空间信道状态信息的无人机中继选择方法及性能分析
摘要：近年来,无人机以其成本低、移动性强、操控灵活和视距传输概率高等优势在诸多无线通信场景和网络系统中受到了广泛关注,在军用和民用通信中都具有重要的研究价值,无人机通信技术也因此成为移动通信研究中的新热点。无人机作为中继参与通信转发,能够在应急情况下辅助发射端与接收端间的信息传输,实现应急无线通信的目标。由于单无人机受到多种条件限制,使用无人机群组成多中继通信网络可以有效提高通信性能。对此,本论文研究了无人机多中继网络中的中继选择问题,主要研究内容和创新点如下:首先,本文针对无人机中继通信的可靠性问题,提出了一种基于空间信道状态信息的无人机中继选择方案。在无人机作为中继节点的应急通信网络中,各无人机相对于源节点与目的节点的位置各不相同,同时考虑无人机传输信道的大尺度衰落和小尺度衰落,选择合适的无人机中继转发源节点发送的信号,以提高系统传输可靠性。本文以传统轮询调度中继方案作为对比,推导了莱斯衰落信道下无人机中继通信系统的中断概率闭合表达式。仿真结果表明,所提无人机中继选择方案与传统轮询调度方案相比,显著降低了中断概率,有效提高了无人机应急中继网络的传输可靠性。其次,本文研究了存在信道估计误差的无人机中继协同通信系统,对于大尺度衰落与小尺度衰落共存、且信道估计方法无法达到理想情况而造成获取的信道状态信息不准确的情形,提出了一种多中继预编码协作方案,并推导了该方案下的系统中断概率闭式解。经过仿真验证,信道估计误差的存在对无人机中继系统的中断性能造成一定不利影响,同时仿真结果也表明所提出的多中继协作预编码方案与传统方案相比,可以有效抑制信道估计误差对无人机中继网络传输可靠性的影响,显著降低中断概率。最后,本文考虑了存在窃听节点的无人机多中继通信网络,其中窃听节点导致的保密信息传输泄露问题,恶化了无人机中继通信的物理层安全性能。对此,本文采用基于传输信道容量与窃听信道容量之差的安全容量作为无人机中继选择的准则,提出了一种安全容量最大化的无人机中继选择方案,分析了所提方案的安全中断性能。数值结果表明,与轮询调度方案相比,所提中继选择方案显著提升了无人机中继网络的安全容量,降低了无人机中继系统的安全中断概率。
关键词：无人机通信;中继选择;中断概率;信道估计误差;物理层安全
学科专业：电子与通信工程（专业学位）
摘要
abstract
专用术语注释表
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文主要工作
1.4 论文组织架构
第二章 无人机中继通信相关技术
2.1 无人机传输信道模型
2.1.1 大尺度衰落模型
2.1.2 小尺度衰落模型
2.1.3 综合信道模型
2.2 无人机中继工作模式
2.2.1 中继系统模型
2.2.2 中继转发策略
2.2.3 中继选择技术
2.3 信道估计误差
2.3.1 最小二乘法
2.3.2 最小均方误差法
2.4 无人机中继通信系统性能评估
2.4.1 无人机通信信道容量
2.4.2 无人机通信中断概率
2.5 本章小结
第三章 基于空间信道状态信息的无人机中继选择方案研究
3.1 引言
3.2 系统模型
3.3 基于空间信道状态信息的无人机中继协同通信方案
3.3.1 传统轮询调度方案
3.3.2 单中继选择方案
3.3.3 多中继协同预编码方案
3.4 数值结果分析
3.5 本章小结
第四章 存在信道估计误差的低空无人机中继协作方案研究
4.1 引言
4.2 系统模型
4.3 存在信道估计误差的无人机中继协作预编码方案
4.4 数值结果分析
4.5 本章小结
第五章 无人机中继通信的物理层安全中断性能研究
5.1 引言
5.2 系统模型
5.3 无人机中继选择方案下的物理层安全中断性能分析
5.3.1 轮询调度方案
5.3.2 安全容量最大化中继选择方案
5.4 数值结果分析
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 未来展望
参考文献
致谢