【无人机通信】最佳高度和功率中继无人机通信位置部署研究附Matlab代码

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🔥 内容介绍

一、研究背景与中继无人机通信核心需求

随着 5G/6G 通信技术与低空经济的深度融合，中继无人机凭借部署灵活、覆盖范围广、成本低等优势，已成为解决地面通信盲区（如山区、海洋、灾害现场）、临时通信扩容（如大型赛事、集会）及应急通信保障的关键技术手段。与固定通信基站相比，中继无人机的通信性能高度依赖位置部署（尤其是高度）与发射功率的协同优化：高度过低易受地形遮挡、多径效应干扰，导致通信链路不稳定；高度过高则会增加信号传播损耗，降低接收端信噪比；而发射功率过小会导致覆盖范围不足，过大则会引发邻道干扰与能耗浪费，甚至超出电磁辐射安全标准。

当前中继无人机通信部署研究存在两大核心问题：一是多将高度与功率视为独立优化变量，忽略二者的耦合关系（如不同高度下，最优功率需随传播损耗变化动态调整）；二是未充分考虑复杂环境约束（如地形遮挡、电磁干扰、无人机载重与续航限制），导致理论最优方案难以落地。因此，开展 “最佳高度 - 功率” 协同优化的中继无人机通信位置部署研究，对提升通信覆盖质量、降低能耗、保障通信稳定性具有重要现实意义。

二、中继无人机通信系统建模与关键影响因素

（一）系统架构与通信链路模型

中继无人机通信系统主要包含 “地面用户终端（UE）- 中继无人机（UAV）- 核心网基站（BS）” 三层架构，其中中继无人机承担 “信号转发” 功能，需同时满足与地面用户、核心网基站的双向通信链路质量要求。通信链路性能采用 “信噪比（SNR）”“通信速率”“链路中断概率” 作为核心评价指标，基于无线通信传播理论构建链路模型：

四、结论与展望

（一）研究结论

1. 构建了 “高度 - 功率 - 通信性能” 耦合模型，揭示了高度与功率的协同机制：高度提升需匹配功率增加以抵消传播损耗，功率优化需结合高度调整以避免干扰与能耗浪费；

1. 提出的 NSGA-III 协同优化算法，相比传统固定参数或单变量优化方案，在通信覆盖质量（覆盖面积 + 15%-25%，中断概率 - 40%-60%）、能耗（-10%-17%）与干扰（-5-8dBm）上均实现显著提升；

1. 不同场景下的最优部署方案存在差异，需根据遮挡、干扰、通信距离等约束动态调整，为实际中继无人机部署提供了量化参考。

（二）未来研究展望

1. 动态环境适配：当前研究基于静态环境，未来可结合实时地形数据、干扰监测信息，设计 “在线协同优化算法”，实现无人机位置与功率的动态调整（如灾害现场遮挡变化时的实时重部署）；

1. 多无人机协同中继：扩展至多无人机中继场景，加入无人机间的通信协作与避碰约束，优化多机的高度、功率与位置分配，提升大面积覆盖效率；

1. 实测验证与工程化：通过实际无人机（如大疆 M300 RTK）搭载通信模块，在山区、城市等场景开展实测实验，验证理论模型的准确性，并开发部署决策支持系统，降低实际操作复杂度。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 刘童岭,王瑞,李晓波.基于MATLAB的中继无人机通信链路干涉因子研究[C]//全国青年通信学术会议.2007.

[2] 屈晗星.无人机辅助D2D通信的资源分配研究与验证[D].北京工业大学,2022.

[3] 薛睿,韩璐.网络编码在无人机通信网络中的应用研究[J].应用科技, 2019, 46(6):5.DOI:10.11991/yykj.201812026.

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