摘要
跟卫星通信和地面无线通信技术相比，无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）通信凭借可移动性强，组网方式灵活，成本适中等优点，被认为是第6代（6th-Generation,6G）移动通信系统的核心技术之一，受到了学术界和工业界的广泛关注。本论文主要针对无人机通信中存在的严重干扰以及频谱资源紧张等问题，提出了基于自适应波束成形的解决方案。论文的主要工作如下： 1.提出了基于期望信号功率最大化准则的唯相位波束成形（Phase-Only Beamforming,POB）算法。首先，针对存在干扰的无人机中继辅助的地面通信网络，建立了以无人机所受干扰功率低于门限值为约束，期望信号功率最大化为优化目标的优化问题。然后，考虑到无人机对搭载的通信模块重量和功率都有限制，提出了只对相位进行加权的唯相位波束成形算法。最后，计算机仿真验证了所提方案的正确性，并且定量分析了相位扰动矢量、迭代次数对于信干噪比（Signal-Interference-Noise-Ratio,SINR）以及无人机天线数目对系统可达速率的影响。 2.提出了基于次级用户输出信干噪比最大化准则的波束成形算法。首先，针对无人机中继辅助的星地认知网络，构建无人机中继发射功率和主用户干扰功率受限条件下的次级用户输出信干噪比最大化问题。然后，在已知次级用户统计信道状态信息（Channel State Information,CSI）条件下，提出一种基于迭代的波束成形算法。其次，考虑到基于迭代的BF算法具有较高的计算复杂度，为了减少求解问题的计算量，提出了另一种基于迫零（Zero-Forcing,ZF）的BF算法。最后，仿真表明，相较于迫零算法，所提迭代算法在提升系统性能上更具有优越性。 3.提出了基于和速率最大化准则的无人机编队波束成形算法。首先，针对多无人机中继采用放大转发协议辅助的地面通信网络，建立以和速率最大化为准则的优化问题。然后，考虑信道反馈开销以及时变特性，提出三种信道状态信息假设：1）基站和无人机中继已知全部链路信道状态信息；2）基站已知全部链路信道状态信息，无人机中继已知部分信道状态信息；3）基站和无人机中继均已知部分信道状态信息，进一步提出了波束成形算法。最后，仿真验证了所提波束成形方案的可行性以及有效性，并定量分析了用户发射功率对于系统和速率的影响。
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