本文为比利时鲁汶大学(作者:M. Mahdi AZARI)的博士论文,共182页。

无人机(UAV)由于其快速和经济高效的部署,在许多应用中得到越来越多的应用。无人机可以作为辅助基础设施为地面用户提供无线服务,或者它们可能需要从地面进行无线连接以实现安全可靠的运行。对于这些需求,确实需要一个充分的无人机集成到地面的无线网络。

本文以无人机辅助通信组网和网络辅助无人机通信两个主要内容来研究这种集成系统。前者的目标是为地面设备提供数据交换或定位服务。在后者中,蜂窝网络用于无人机连接的可能性受到质疑,现有的地面网络旨在帮助实现可靠的地对空或空对空连接。特别考虑了四种新的场景:无人机作为空中基站为地面用户服务,无人机作为空中锚来定位地面设备,无人机充当空中蜂窝用户,最后是蜂窝式无人机通信。通过这些场景,我们解决了无人机无线通信和联网中的几个重要问题,包括:地面无人机信道特性、设计自由度、无人机组网的独特限制、用户和网络级性能、无人机的优化部署以及重要的设计指南。在考虑无人机基站时,我们提供了一个统一的信道模型,该模型集成了地对地和空对地模型,使我们能够分析混合地面无人机网络的性能。我们开发了一个分析框架来研究无人机的覆盖和效率。研究了无人机高度、功率控制等系统参数对用户性能和覆盖范围的影响。为了提高链路可靠性、扩大地面覆盖范围,研究了无人机协同通信。

结果表明,加入地面中继不会改变无人机的最佳高度。然后研究了无人机地面节点定位问题。提出了一种新的基于接收信号强度的无人机高度和城市障碍物对定位误差影响的RSS方法。利用这个框架,我们可以优化无人机的高度轨迹和无人机的数量,以获得最优的定位性能。我们特别指出,与地面设备相比,空中设备能够提供显著更优的RSS定位精度。接下来,讨论了将地面蜂窝网络用于无人机超视距(LoS)连接的可行性。在下行链路中考虑蜂窝基站服务的无人机,分析了无人机与地面用户共存时的性能。我们推导了覆盖概率、可实现吞吐量和区域频谱效率等关键指标的精确表达式。无人机的主要性能限制因素得到了识别,并提供了基于用户和网络的解决方案,以便将无人机和谐地集成到此类网络中。我们进一步研究了添加无人机用户时网络异构性和密度的影响。最后,对蜂窝式无人机通信进行了研究,深入了解了无人机与地面用户在共享上行频谱时的相互作用。我们的分析框架包括一个三维基站天线方向图和与距离相关的功率控制策略。推导了地面用户和无人机对无人机链路性能的精确表达式。我们的研究结果表明,与地面效应相比,无人机干扰对地面用户的影响是有限的。

Unmanned aerial vehicles (UAVs) or theso-called drones are increasingly used in many applications thanks to theirrapid and cost-effective deployments. UAVs can be used as complementaryinfrastructure to provide wireless services for the ground users or they mayrequire wireless connectivity from the ground for a safe and reliableoperation. For these, indeed, an adequate UAVs integration into ground wirelessnetworks is required. In this thesis, we investigate such integrated system byaddressing several important research problems through two main paradigmsnamely UAV-assisted communication networking and network-assisted UAVcommunication. In the former, UAVs aim to serve ground devices for dataexchange or localization services. In the latter, the potential use of cellularnetworks for UAVs connectivity is questioned, where the existing groundnetworks aim to assist a reliable ground-to-air or air-to-air connectivity. Inparticular, four emerging scenarios are considered: UAV acting as aerial basestation to serve ground users, UAV acting as aerial anchor to localize grounddevices, UAV acting as aerial cellular user, and finally cellular UAV-to-UAVcommunication. Through these scenarios we address several of important concernsin UAVs wireless communication and networking including: ground UAV channelcharacteristics, design degrees of freedom, unique constraints in UAVsnetworking, user and network level performance, optimal deployments of UAVs andimportant design guidelines. When considering UAV base stations, we provide aunified channel model that integrates ground-to-ground and air-to-groundmodels, enabling us to analyze the performance of hybrid ground-UAV networks.We develop an anlytical framework for the study of UAV’s coverage andefficiency. The impacts of various system parameters such as UAV altitude andpower control on the user performance and coverage area are investigated.Cooperative communication is investigated for the link reliability enhancementand ground coverage extension.

It is shown that the inclusion of groundrelays does not change the optimal UAV’s altitude. We then study the case ofground node localization using UAVs. A novel framework that takes into accountthe impact of UAV’s altitude and urban blockages in localization error usingreceived signal strength–RSS method is proposed. Using this framework we areable to optimize the UAV’s altitude trajectory and the number of UAVs for thehighest localization performance. We particularly show that aerial anchors arecapable of providing significantly higher RSS-localization accuracy compared toground anchors. Next, the feasibility of using ground cellular networks forUAVs beyond visual line-of-sight (LoS) connectivity is addressed. We considerUAVs served by cellular base stations in downlink and analyze the UAVperformance coexisting with the ground users. We derive exact expressions forthe key metrics named coverage probability, achievable throughput and areaspectral efficiency. The major UAVs performance limiting factors are recognizedand user and network based solutions are provided for a harmonic integration ofUAVs into such networks. We further investigate the impact of networkheterogeneity and densification when adding UAV users. Finally, cellularUAV-to-UAV communication is studied which provides an in-depth insight into theinterplay between UAVs and ground users when sharing uplink spectrum. Ouranalytical framework includes a 3D base station antenna pattern and distancedependent power control policy. We derive exact expressions for the groundusers and UAV-to-UAV link performance. Our results show that for the examinedcases of study the impact of UAVs interference on the ground users is limitedas opposed to ground effects on the UAVs.

  1. 引言
  2. 建模基础
  3. 服务地面用户的无人机空中基站
  4. 定位地面节点的无人机
  5. 蜂窝网络中的空中无人机用户
  6. 蜂窝网络中的UAV-to-UAV通信
  7. 结论与展望

更多精彩文章请关注公众号:

【无人机】【2019.09】基于无人机的无线通信研究相关推荐

  1. 【计算机科学】【2019.09】全基因组关联研究的深度学习和SNP位置影响

    本文为加拿大纽芬兰纪念大学(作者:Songyuan Ji)的硕士论文,共109页. 研究与人类疾病相关的单核苷酸多态性(SNPs)对于识别致病性遗传变异和阐明复杂疾病的遗传结构具有重要意义.一项全基因 ...

  2. 【无人机】【2018.05】基于无人机的无线通信与联网:基础、部署和优化

    本文为美国弗吉尼亚理工学院暨州立大学(作者:Mohammad Mozaffari)的博士论文,共259页. 使用无人机(UAV)等空中平台已成为提供可靠和经济高效的无线通信的一个有希望的解决方案.特别 ...

  3. 基于无人机摄影测量技术的桥梁检测

    本文主要介绍了基于无人机贴近摄影测量的多尺度数据融合三维实景模型构建的数据获取.技术路线和具体实施策略,利用无人机多尺度数据融合三维实景建模技术能够获取对象物更多的纹理和结构信息,使对象物结构和纹理更 ...

  4. 基于无人机和背负式激光雷达点云的黄河三角洲刺槐林地上生物量估算

    论文标题:Estimation of aboveground biomass of Robinia pseudoacacia forest in the Yellow River Delta base ...

  5. 有人/无人机协同作战模式及关键技术研究

    源自:航空兵器     作者:孙盛智  孟春宁  侯妍  蔡晓斌 摘  要 随着军事技术不断进步, 无人机在军事作战方面得到越来越广泛的应用, 发挥着越来越重要的作用, 有人/无人机协同作战模式必将成 ...

  6. 【论文阅读笔记】 基于无人机多光谱影像的水稻叶面积指数预测

    Plant Methods//Remote estimation of rice LAI based on Fourier spectrum texture from UAV image 以往的研究表 ...

  7. 基于无人机的室内设施自主巡检和场景重建探索后利用系统

    对于民用基础设施管理,如锅炉内部.风管和管道,频繁检查和故障检测对于预防事故和最大限度地减少经济损失具有重要意义.传统上,这些检查要求操作员在难以接近且有风险的危险环境中工作.此外,这些设施大多具有复 ...

  8. 树莓派 python 无人机_DIY一个基于树莓派和Python的无人机视觉跟踪系统

    DIY一个基于树莓派和Python的无人机视觉跟踪系统 无人机通过图传将航拍到的图像存储并实时传送回地面站几乎已经是标配.如果想来点高级的--在无人机上直接处理拍摄的图像并实现自动控制要怎么实现呢?其 ...

  9. “江山如此多娇” 瞰世界——第五届(2019)中国无人机影像大赛正式启动

    7月23日,由搜狐主办的"江山如此多娇"瞰世界-第五届(2019)中国无人机影像大赛正式启动.大赛面向全球无人机影像专业人士.爱好者和相关机构组织征集优秀作品,并邀请国内外航拍及视 ...

最新文章

  1. nexus 4 下 DualBootInstallation 安装 ubuntu touch
  2. 对话云知声李霄寒:不计成本研发芯片,探索语音之外的“硬”实力
  3. PHP标量类型中整型类型的,PHP数据类型概述
  4. 不一样的随机数生成方法(C/C++)
  5. ldap客户端以及jenkins的配置
  6. oracle放在内存里,oracle如中何把小表钉住在内存中
  7. linux命令收集录
  8. 【错误】【vscode】'#' not expected here
  9. Linux学习总结(52)——主流 Linux 发行版性能对比
  10. python str函数isdigit、isdecimal、isnumeric的区别
  11. php imagefill,PHP图像处理技术实例总结【绘图、水印、验证码、图像压缩】
  12. 【java集合框架源码剖析系列】java源码剖析之HashMap
  13. 苹果tv4安装,I play.iOS13代pv4安装,播放国内视频,
  14. 2022年地理信息系统与遥感专业就业前景与升学高校排名选择
  15. 利用遥感影像阴影建筑物高度计算
  16. 塑料制品生产的工艺流程
  17. t检验自由度的意义_在统计中自由度是什么?
  18. 【Angular】使用高德地图比例尺心得总结
  19. 微信小程序上滑加载下拉刷新(onscrollLower)分批加载数据 下篇
  20. 高级刀片服务器系统,刀片服务器系统

热门文章

  1. atmega32u4 Linux,arduino整合wifi功能系列arduinoyun介绍(1)
  2. 白盒测试的条件覆盖标准强于判定覆盖为什么不对?什么是逻辑覆盖?覆盖强弱关系?判定覆盖与条件覆盖有什么不同?【知足且坚定,温柔且上进---两牛博客】
  3. WB(白平衡) ISO(感光度) 曝光补偿 详解
  4. urllib3学习笔记
  5. C语言和Python,哪个更适合入门?
  6. 用码前设计了一款回复女友神器
  7. Latex转换成word
  8. 10-28 查询选修张老师讲授所有课程的学生(对自己来说有难度的一道题)
  9. 4. 查询全部学生都选修的课程的课程号与课程名称。
  10. 【汇编实战开发笔记】ARM汇编基础的三大块知识