47、基于波束优化的无人机毫米波通信干扰抑制研究

基于波束优化的无人机毫米波通信干扰抑制研究

1. 引言

在过去十年里，无人机（UAV）因其在侦察、消防、航空摄影、遥感、灾难救援等领域的潜在应用，受到了越来越多的关注。随着无人机技术的日益成熟，无人机集群作战模式成为新趋势，在国防和民用领域引发了广泛关注。

然而，无人机所采用的实时图像传输、频谱感知、异构数据融合等技术需要大带宽支持，因此无人机通信对大带宽需求迫切。毫米波频段拥有丰富的频谱资源，能显著提升系统容量。而且毫米波波长极短，可使天线阵列集中在紧凑空间，这让大规模天线阵列在无人机上的应用成为可能。所以，基于毫米波带宽的无人机集群通信逐渐吸引了研究人员的目光。

不过，毫米波通信存在极高的传播损耗问题，因为Friis传输定律表明，自由空间全向路径损耗随载波频率的平方增加。幸运的是，毫米波信号的小波长也能在相同物理天线尺寸下实现更大的天线增益。此外，在使用高增益定向传输时，无人机运动产生的多普勒效应可能不会造成严重影响。基于这些原因，毫米波无人机通信需要通过大规模阵列天线来实现。

对于无人机集群内部通信而言，其性能受干扰影响严重，干扰主要来自其他无人机发送的信号以及信号反射和散射现象。干扰程度与无人机的相对位置和集群密度密切相关。过去，关于毫米波无人机通信的研究较少，尤其是在波束形成干扰抑制和实时波束匹配方面。因此，针对无人机集群通信环境，需要分析干扰特性，建立空间干扰信道模型，进而得到与码本和到达方向（DOA）相关的信干噪比（SINR），并对基于码本优化的干扰抑制进行模拟和分析，为改进波束优化算法奠定基础。

2. 无人机集群环境下的干扰信道模型

2.1 无人机通信场景

典型的无人机蜂窝网络