Ray Tracing Analysis for UAV-assisted Integrated Access and Backhaul Millimeter Wave Networks
最近，在蜂窝通信中使用毫米波（mmWave）频谱吸引了越来越多的兴趣，以支持预期的业务需求的大规模增长。然而，毫米波频率下的高路径损耗带来了严峻的挑战。在本文中，我们分析了潜在的覆盖增益使用无人机（UAV），悬停中继，在综合接入和回程（IAB）毫米波蜂窝场景。具体而言，我们利用WinProp软件包，采用射线跟踪方法，在30和60 GHz频段的室外毫米波信道的传播特性研究在曼哈顿样的环境。在这样做时，我们提出了放大和转发（AF）和解码和转发（DF）中继机制在WinProp软件的实现。我们展示了如何在接入和回程链路的覆盖光线跟踪地图的基础上定义无人机的3D部署。此外，我们提出了一个自适应的无人机发射功率的AF中继。我们证明，借助射线跟踪模拟，所提出的中继模式的下行链路覆盖方面的性能增益，和接收信号干扰噪声比（SINR）。
2019-07-04 eess.SP
Hybrid FSO/THz-based Backhaul Network for mmWave Terrestrial Communication
在这项工作中，一个混合的自由空间光学（FSO）/太赫兹（THz）的回程网络被认为是提供高数据速率的可靠通信的地面移动用户（MU）工作在毫米波（毫米波）波段。FSO链路受到大气湍流和指向误差损伤的影响，这两种损伤分别具有Gamma-Gamma和Rayleigh衰落的特征。在FSO接收机中，考虑了强度调制直接探测和外差探测技术。多天线THz链路同时存在高路径损耗和失调误差。太赫兹信道具有$α-μ$分布特性，失调误差具有瑞利衰落特性。为了减小来回切换的影响，在接入点（AP）引入软交换方法来选择通过FSO/THz混合链路的信号，并与硬切换方法进行了比较。选择性解码和转发中继被认为是在AP转发成功解码的回程信号到地面MUs. In这种情况下，我们得出封闭形式的表达式的个别链路的中断概率，端到端（E2 E）中断概率，渐近中断概率，遍历容量，和平均误码率的各种调制方案。最后，我们研究了不同的参数，如大气湍流，指向/失准误差，链路距离，大气衰减/路径损耗，太赫兹和接入链路的衰落参数，以及天线数量对网络性能的影响。我们的研究结果表明，通过适当的切换方法，FSO/THz链路的联合实现，提高了回程链路的速率/可靠性，具有有限的切换开销。
2022-11-11 eess.SP
Tractable Approach to MmWaves Cellular Analysis with FSO Backhauling under Feedback Delay and Hardware Limitations
在这项工作中，我们研究了毫米波（mmWaves）蜂窝系统与自由空间光（FSO）回程的性能。MmWave信道受到Nakagami-m衰落的影响，而光链路经历双广义Gamma，包括大气湍流、路径损耗和发射机与接收机孔径之间的不对准（也称为指向误差）。FSO模型还考虑了接收器检测技术，该技术可以是外差或强度调制和直接检测（IM/DD）。每个用户设备（UE）必须基于接收信号强度（RSS）或信道状态信息（CSI）与一个服务基站（BS）相关联。我们假设具有基于毫米波信道的CSI的部分中继选择（PRS）以选择与最高接收的CSI相关联的BS。每个服务BS对接收到的信号进行解码以进行去噪，将其转换为调制的FSO信号，然后将其转发到数据中心。因此，每个BS可以被视为解码转发（DF）中继。在实践中，中继硬件遭受非线性高功率放大（HPA）损伤，大大降低了系统的性能。在这项工作中，我们将讨论三种常见的HPA损伤的影响，分别命名为软包络限制器（SEL），行波管放大器（TWTA），和固态功率放大器（SSPA）。新的封闭形式和紧的中断概率，错误的概率，和可达速率的上界推导。利用这些性能，我们推导出高SNR渐近线，以获得工程洞察系统增益，如分集阶数。
2019-05-23 eess.SP
Beam Design for Millimeter-Wave Backhaul with Dual-Polarized Uniform Planar Arrays
提出了一种基于均匀平面阵列双极化天线的毫米波回程系统波束赋形设计方法。所提出的设计方法优化了波束形成器，以模仿理想的波束图案，其在其覆盖范围内具有平坦的增益，在毫米波系统中的视线（LOS）分量的主导下。双极化天线结构被认为是优化的约束条件。仿真结果表明，该波束形成器在覆盖区域内具有均匀的波束方向图和较高的最小增益。
2020-03-05 eess.SP
Analysis of Large Scale Aerial Terrestrial Networks with mmWave Backhauling
服务提供商正在考虑使用无人机（UAV）来增强蜂窝网络的无线连接。为了提供连接，UAV必须通过地面基站（BS）回程到核心网络。特别是，我们考虑毫米波（毫米波）回程的混合空中-地面网络的下行链路中，回程链路受到波束成形未对准误差。在提出的模型中，用户设备（UE）可以连接到地面BS或无人机，其中我们根据回程状态区分两种传输方案。在一种方案中，UE由UAV服务，而不管回程链路是否良好。在另一种方案中，UAV知道回程链路状态，因此，只有成功回程的UAV的子集可以服务于UE。使用随机几何，所提出的模型的性能进行评估的覆盖概率和验证对蒙特卡洛模拟。为确定一些系统参数提供了几种见解，包括UAV高度和所需数量以及回程链路的波束成形失准误差。所获得的结果突出了UAV回程链路对UE体验的影响。
2021-06-13 cs.IT eess.SP math.IT
Dealing with Limited Backhaul Capacity in Millimeter Wave Systems: A Deep Reinforcement Learning Approach
Auburn University（奥本大学）
毫米波（MmWave）通信是第五代（5G）无线系统实现预期的1000倍数据速率的关键技术之一。在毫米波波段具有大带宽的情况下，用户和基站（BS）之间的链路容量与低于6GHz的无线系统相比可以高得多。同时，由于基础设施升级的高成本，运营商将难以大幅提高毫米波BS与核心网络之间的回程链路的容量。因此，回程提供的数据速率可能不足以支持所有毫米波链路，回程连接成为限制系统性能的新瓶颈。另一方面，由于毫米波信道受到随机阻塞，毫米波用户的数据速率随时间显著变化。在回程容量有限、用户数据速率动态变化大的情况下，如何为每个用户分配回程资源仍然是毫米波系统面临的一个挑战。在本文中，我们提出了一种深度强化学习（DRL）方法来应对这一挑战。通过学习阻塞模式，可以捕获和预测系统动态，从而有效利用回程资源。我们首先讨论DRL及其在无线系统中的应用。然后，我们调查的问题回程资源分配，并提出了基于DRL的解决方案。最后，我们讨论了未来研究的开放性问题，并总结了本文。
2018-12-27 cs.LG eess.SP stat.ML
Stochastic Geometry Analysis of Hybrid Aerial Terrestrial Networks with mmWave Backhauling
为了满足日益增长的数据需求，服务提供商正在考虑使用无人机（UAV）作为空中基站（BS）来提供连接。无人机对于在灾害和事故情况下提供连接尤其重要，这些灾害和事故可能完全削弱现有的地面网络。然而，为了维持UAV与核心网络的通信，必须为它们提供到地面BS的无线回程连接。在这项工作中，我们使用随机几何研究毫米波（mmWave）回程的无人机在空中-地面混合蜂窝网络中的无人机的影响，其中无人机被添加到地面BS提供可靠的服务给用户（UE）。在所提出的模型中，UE可以关联到地面BS或连接到BS的UAV以获得回程支持。所提出的模型的性能进行评估的覆盖概率和验证对密集的模拟。所获得的结果揭示了UAV的毫米波回程链路的质量对UE的体验具有显著影响，并且UAV的部署必须相应地调整。
2019-10-26 cs.IT eess.SP math.IT
Temporal and Spatial Characteristics of mmWave Propagation Channels for UAVs
无人机（UAV）被设想为未来5G通信系统的组成部分。无人机为不同位置的用户提供服务的灵活性有助于动态优化未来网络的覆盖范围和服务质量（QoS）。然而，使用无人机进行毫米波通信的文献非常有限。在这项工作中，我们探讨了毫米波空对地~（AG）视线~（LOS）传播信道的小尺度时间和空间特性在$28$ ~GHz的不同环境场景：密集的城市，郊区，农村，和海上使用全向天线，无线InSite射线跟踪软件。我们将接收到的多径分量分为持久分量和非持久分量。AG传播通道的小尺度时间和空间特性被发现依赖于散射体的属性：数量，分布和几何形状。此外，在不同的环境中的时间和空间域的MPC的聚类被发现是依赖于散射体的属性和接收器的灵敏度。当无人机的高度与散射体的高度相当时，我们观察到大的时间和角度扩展。
2018-05-25 eess.SP
DQN-based Beamforming for Uplink mmWave Cellular-Connected UAVs
无人机（UAV）是毫米波（mmWave）无线系统的新兴重要部件。精确的波束对准对于UAV与基站（BS）的高效的基于波束的毫米波通信至关重要。由于无人机的高机动性和自主操作，传统的波束扫描方法通常具有较大的开销。基于学习的方法通过利用无人机数据（如位置）来识别最佳波束方向，大大减少了开销。在本文中，我们提出了一种基于强化学习（RL）的框架，用于在毫米波环境中使用深度Q网络（DQN）进行UAV-BS波束对准。我们考虑上行链路通信，其中无人机在5G新无线电（NR）BS覆盖区域周围盘旋，具有不同的信道条件。所提出的学习框架使用的位置信息，以最大限度地提高数据速率，通过最佳的波束对有效地，在每个通信请求从无人机内部的多位置环境。我们将我们提出的框架与基于多臂强盗（MAB）学习的方法和传统的穷举方法进行了比较，并分析了基于DQN的波束对准在不同覆盖区域要求和信道条件下的训练性能。我们的研究结果表明，所提出的基于DQN的光束对准收敛速度更快，适用于不同的环境条件。该框架还可以在实时条件下以在线方式学习与穷举方法相当的最佳波束对准。
2021-10-12 eess.SP
Adding Indoor Capacity Without Fiber Backhaul: A mmWave Bridge Prototype
今天，很大一部分移动数据流量是在建筑物的屏蔽墙后面或火车的法拉第笼中消耗的。这使得来自室外小区站点的蜂窝网络覆盖变得困难。室内小型小区和沿着训练轨道的分布式天线通常被认为是一种解决方案，但是成本和对光纤回程的需求通常是令人望而却步的。为了缓解这个问题，我们描述了一种带外中继器，其将来自安装在小区塔处的小小区的6GHz以下小区信号转换为毫米波频率，以用于到建筑物或分布式天线站点的前传，其中信号被下变频到原始频率并且例如在建筑物内部发射。此概念不需要光纤部署，为已使用的设备提供向后兼容性，并在卸载室外网络的同时获得额外的室内容量。的架构和硬件原型实现进行了描述，并测量报告，以证明商业基础设施和移动终端的功能和兼容性。
2021-05-14 cs.NI eess.SP
A Study of Multihop mmW Aerial Backhaul Links
本文的主要贡献是分析一个长的网络化飞行平台（NFP）的毫米波（毫米波）回程链路，提供了一个具有成本效益和易于部署的解决方案，连接到最近的核心网络的灾难或偏远地区。为了这个目的，我们的回程信道的特点作为一个功能的现实的物理参数，如高度和距离的障碍物沿路线，飞行高度和强度的NFP的振动，真正的3D天线方向图提供的3GPP等的特征通道，我们推导出一个解析的封闭形式的表达中断概率。最后，使用所得到的结果，我们提供了一个快速算法所考虑的系统，最大限度地减少成本的最优参数设计。
2022-03-08 eess.SP
SkyHaul: An Autonomous Gigabit Network Fabric in the Sky
我们设计并建造了SKYHAUL，这是第一个使用毫米波无线网状回程连接的大型自主自组织无人机网络。虽然毫米波回程的使用为一类新的带宽密集型、延迟敏感的协作应用（例如，灾难期间的LTE覆盖，在具有挑战性的地形中进行救援期间的监视），无人机网络允许这些应用在远远超出目前限制单个无人机的视距的操作范围内执行。为了实现部署和维护机载毫米波网状回程以满足动态应用的挑战性愿景，SKYHAUL的设计融合了各种元素：（1）同时解决应用跟踪和回程连接的特定角色无人机操作（2）联合解决部署问题的新颖算法（位置、UAV的偏航）和跨UAV网络的流量路由;以及（3）在应用动态期间用于UAV回程的快速和安全重新配置的可证明的最佳解决方案。我们在四架DJI Matrice 600 Pro上实现了SKYHAUL，通过自主飞行操作以及大规模模拟来展示其实用性和性能。
2020-06-19 cs.NI eess.SP
3-D Position Optimization of Solar-Powered Hovering UAV Relay in Optical Wireless Backhaul
针对太阳能悬停无人机中继连接传感器场与OGS的光无线回程场景，研究三维位置优化，揭示大气条件对最优位置和端到端容量的关键影响。
2024-01-29 eess.SP
UAV Swarm Position Optimization for High Capacity MIMO Backhaul
一群与远程多天线地面站通信的无人机可以利用MIMO空间复用来扩展容量。由于群和地面站之间的视线传播，MIMO信道是高度相关的，导致有限的复用增益。在本文中，我们优化无人机的位置，以达到最大的MIMO容量给定的单用户界。首先推导出一个无限的无人机布局，达到能力界。给定一个初始的集群位置，我们制定的问题，最大限度地减少了由无人机到达一个位置内的能力最大化的位置集的距离。假设无人机的初始位置已知，采用块坐标下降法离线集中求解该问题。我们还提出了一个在线分布式算法，无人机迭代地调整他们的位置，以最大限度地提高容量。我们所提出的方法显着增加的能力，从最初的无人机位置的有界平移的代价。当使用大规模多输入多输出地面站时，这种容量增加持续存在。使用数值模拟，我们显示了我们的方法在无人机运动干扰下的Rician信道的鲁棒性。
2021-04-29 cs.NI eess.SP
Analytical Channel Models for Millimeter Wave UAV Networks under Hovering Fluctuations
最近已经提出了无人机（UAV）和毫米波（mmWave）无线系统的集成，以为下一代无线网络提供高数据速率空中链路。然而，建立基于无人机的毫米波链路是相当具有挑战性的，由于悬停无人机的随机波动，这可能会导致发射机和接收机之间的天线增益失配。为了评估基于无人机的毫米波链路的益处，本文针对以下三种无人机通信场景导出了易于处理的闭式统计信道模型：（i）直接的无人机到无人机链路，（ii）源、中继和目的地为悬停无人机的空中中继链路，以及（iii）悬停无人机将地面源连接到地面目的地的中继链路。通过Monte-Carlo模拟证实了推导出的解析表达式的准确性。数值结果，然后使用不同的信道条件下建立可靠的无人机为基础的毫米波链路，实现最小的中断概率的天线方向性增益的影响进行研究。结果表明，这种链路的性能在很大程度上取决于悬停无人机的随机波动。此外，较高的天线方向性增益在低SNR状况下实现较好的性能。然而，在高SNR状态下，较低的天线方向性增益导致更可靠的通信链路。因此，开发的结果可以作为一个基准，找到最佳的天线方向性增益的无人机下的不同水平的不稳定性，而不诉诸耗时的模拟。
2019-05-04 eess.SP
Coverage Analysis of UAVs in Millimeter Wave Networks: A Stochastic Geometry Approach
机器人和通信技术的最新发展为使用无人机（UAV）在公共安全场景或偏远地区提供无处不在的连接铺平了道路。特别是毫米波（mmWave）频谱已经获得了发展势头，因为在这种频率下可用的大量自由频谱可以产生非常高的数据率。然而，在无人机环境中，毫米波操作可能会导致严重的信号衰减和对阻塞的敏感性，特别是考虑到所涉及的非常长的传输距离。在本文中，我们提出了一个易于处理的随机分析，以表征无人机站在毫米波操作的覆盖概率。我们讨论了为毫米波（mmWave）场景设计解决方案时需要考虑的一些权衡，例如波束成形配置以及无人机高度和部署。
2020-03-03 cs.NI eess.SP
ProSky: NEAT Meets NOMA-mmWave in the Sky of 6G
University of Tripoli（的黎波里大学）；Oregon State University（俄勒冈州立大学）
无人机（UAV）以其无处不在的连接能力、灵活性和成本效益，受到越来越多的研究关注。然而，为了将无人机的性能提升到一个新的水平，它们需要与其他一些技术融合，如非正交多址接入（NOMA）和毫米波（mmWave），这两种技术都保证了高频谱效率（SE）。由于使用基于模型的技术可能无法有效管理无人机，因此无人机不可避免地需要利用的另一项关键创新技术是人工智能（AI）。然而，设计一种基于人工智能的技术，自适应地分配无线电资源并将无人机放置在3D空间中以满足某些通信目标，是一项艰巨的任务。在本文中，我们提出了一个神经进化的增强拓扑NEAT框架，称为ProSky，管理NOMA-mmWave-UAV网络。与基于模型的方法相比，ProSky表现出显着的性能改进。此外，ProSky在SE和能效EE方面的学习速度是基于深度强化学习DRL的方案的5.3倍，并且表现相当公平。ProSky源代码可在以下网站访问：https://github.com/Fouzibenfaid/ProSky
2022-10-13 cs.AI eess.SP
UAV-Based in-band Integrated Access and Backhaul for 5G Communications
我们介绍了使用无人机（UAV）作为无人机基站的概念，用于5G网络的带内综合接入和回程（IB-IAB）场景。我们首先提出了一个系统模型，用于在IB-IAB多层无人机蜂窝网络中的前向链路传输。然后，我们研究了这种情况下的关键挑战，并提出了一个框架，利用无人机的飞行能力作为主要的自由度，找到最佳的预编码器设计的回程链路，用户基站关联，无人机3D悬停位置，和功率分配。我们讨论了如何利用该算法来优化网络的性能在大规模和小规模。最后，我们使用一个详尽的搜索为基础的解决方案，以证明所提出的算法在接收信号干扰加噪声比（SINR）和整体网络的总和速率方面可以实现的性能增益。
2018-07-19 cs.NI eess.SP
Energy Efficiency of RSMA and NOMA in Cellular-Connected mmWave UAV Networks
由于各种实际用例，蜂窝连接无人机（无人机）最近受到了广泛关注，例如，监控、数据收集、采购交付以及其他应用。由于无人机是低功率节点，因此能量和频谱高效通信至关重要。为此，多址接入（MA）方案可以在实现高能量效率和频谱效率方面发挥重要作用。在这项工作中，我们介绍了速率分裂MA（RSMA）和非正交MA（NOMA）计划在蜂窝连接的无人机网络。特别是，我们调查的能量效率的RSMA和NOMA计划中的毫米波（毫米波）下行链路传输的情况。此外，我们优化预编码向量的两个方案，明确考虑到3GPP天线传播模式。数值计算结果表明，RSMA在整体能量效率方面优于NOMA。
2019-02-13 eess.SP
Survey on Neighbor Discovery and Beam Alignment in mmWave-Enabled UAV Swarm Networks
本文综述了毫米波使能的无人机群网络中定向通信的邻居发现与波束对齐技术，回顾比较了现有方法并讨论了关键开放问题与潜在研究方向。
2024-10-15 cs.SY eess.SP eess.SY
A Survey on Millimeter-Wave Beamforming Enabled UAV Communications and Networking
无人驾驶飞行器（UAV）具有广泛的商业、民用和军事应用。无线通信一直是无人机的核心技术之一。然而，通信能力正在成为无人机支持更具挑战性的应用场景的瓶颈。严重占用的6 GHz以下频段不足以满足超高数据流量要求。利用毫米波（mmWave）频段是UAV通信的一个有前途的方向，其中大型天线阵列可以封装在UAV上的小区域中以执行三维（3D）波束成形。另一方面，作为空中接入点或中继的UAV可以显著增强地面毫米波蜂窝网络的覆盖范围和服务质量。在本文中，我们提供了一个全面的调查毫米波波束成形使无人机通信和网络。首先介绍了毫米波无人机通信的技术潜力和挑战。然后，我们提供了相关毫米波天线结构和信道建模的概述。随后，无人机连接的毫米波蜂窝网络和毫米波无人机自组织网络的技术和解决方案分别进行了审查。最后，我们提出了开放的问题和有前途的方向，为未来的研究毫米波波束赋形使无人机通信和网络。
2021-10-25 eess.SP
Distributed UAV Placement Optimization for Cooperative Line-of-Sight MIMO Communications
利用无人机进行协作通信是无基础设施无线网络中一项很有前途的技术。基于无人机的通信的关键挑战之一是回程吞吐量。在本文中，我们提出了优化的无人机群的位置，以实现高复用增益的视线（LoS）MIMO回程。我们开发了两种分布式算法来定位无人机，使得每个无人机移动最小的距离，以实现最高容量的LoS MIMO信道。第一种方法使用迭代梯度下降（GD），第二种方法使用迭代蛮力（BF）。仿真结果表明，这两种算法可以实现高达6倍的容量相比，该方法依赖于随机无人机的位置，在文献中提出的。BF具有不需要任何位置信息的优点，而GD对运动中的误差不太敏感。
2018-11-06 eess.SP
Joint Scheduling and Throughput Maximization in Self-backhauled Millimeter Wave Cellular Networks
集成接入和回程（IAB）网络具有通过共享相同频谱在接入和回程网络两者中提供高数据速率的潜力。由于小型基站（SBS）的密集部署，IAB网络以无线方式将SBS连接到核心网络，而无需部署高成本的光纤。由于在毫米波频带中大频谱可用并且通过使用定向波束成形实现高数据速率，因此接入和回程链路可以集成在相同的频段中，同时满足服务质量约束。在这项工作中，我们优化的接入和回程链路的调度，使接入链路的最小吞吐量最大化的基础上修改的单纯形法。通过考虑基于概率的视距（LOS）和非视距（NLOS）路径损耗模型以及天线阵列增益，比较了IAB网络与仅含宏基站的网络的最小接入吞吐量，并研究了网络拓扑和天线参数对最小接入吞吐量的影响。仿真结果表明，对于广泛的参数设置，IAB的实现提高了接入最小可实现吞吐量。
2021-06-04 eess.SP
Terrain Perception for Agricultural UAVs in Complex Farmland via Rotating mmWave Radar
School of Computer Science, Hangzhou Dianzi University（杭州电子科技大学计算机科学学院）；TopXGun Robotics（TopXGun机器人）；CARDC；College of Control Science and Engineering, Zhejiang University（浙江大学控制科学与工程学院）；College of Electronics and Information Engineering, Tongji University（同济大学电子信息工程学院）
本文提出一种低成本旋转毫米波雷达框架，用于提升农业无人机在复杂农田中的地形感知能力，通过扩大空间覆盖范围和改进地形可观察性，实现更准确的地面提取和连续地形估计。
2026-05-02 cs.RO eess.SP
Integrated Access and Backhaul in Cell-free Massive MIMO Systems
针对无蜂窝大规模MIMO网络的回传链路挑战，研究毫米波频段集成接入与回传技术，优化带宽分配与混合波束成形以最大化端到端速率，验证了方案的有效性并分析了相关影响因素。
2022-10-23 cs.IT eess.SP math.IT
3D Uplink Channel Modeling of UAV-based mmWave Fronthaul Links for Future Small Cell Networks
在这项研究中，我们考虑一个无人机（UAV）辅助的异构网络，提供了一个具有成本效益和易于部署的解决方案，以解决有关的问题，将分布式小细胞的流量转移到核心网络。对于任意给定的小小区基站（SBS）分布，我们首先通过考虑诸如无人机的振动、SBS的分布、无人机在天空中的位置等真实参数来表征SBS到网络化飞行平台（NFP）的精确毫米波（mmWave）信道模型，由3GPP提供的真实三维（3D）天线方向图模型以及由天线旁瓣和频率重用引起的干扰。然后，对于所表征的信道，我们推导出端到端信号噪声干扰比（SINR）的解析封闭形式的表达式。在此基础上，我们推导出所考虑的基于无人机的毫米波上行链路的中断概率和信道容量的封闭形式的表达式。蒙特卡洛模拟验证了推导的解析表达式的准确性。最后，我们研究了不同的信道参数，如天线方向图增益，无人机的振动强度，无人机在天空中的位置，SBS的分布，和频率复用的性能所考虑的基于无人机的上行链路信道的平均容量和中断概率的影响。
2022-03-27 eess.SP
Dynamic Channel Selection in UAVs through Constellations in the Sky
无人机（UAV）与地面基站（BS）之间的无线通信容易受到对抗性干扰。在这种情况下，UAV向BS指示新信道是重要的。本文描述了一种创建空间代码的方法，该空间代码将所选信道映射到无人机在空间中的运动和位置，其中后者物理地从给定的所谓“星座点”到另一个空间。这些点在天空中创建图案，类似于经典无线通信中的调制星座，并且在BS处通过毫米波（mmWave）雷达传感器来检测。星座点表示映射到特定信道的不同n比特字段，允许在两端同时进行频率切换而无需任何RF传输。本文的主要贡献是：（i）我们进行实验研究，以证明如何使用COTS无人机和毫米波传感器形成这样的星座，给出现实的感测误差和悬停振动，（ii）我们开发了一个理论框架，将所需的星座设计映射到误差和频带切换时间，再次考虑实际的无人机运动限制，和（iii）我们实验证明干扰弹性通信和验证系统有效吞吐量的无人机安装的软件定义的无线电形成的链接。
2020-02-11 eess.SP
Downlink Interference Analysis of UAV-based mmWave Fronthaul for Small Cell Networks
本文研究了一种基于无人机（UAV）的异构网络，以解决分布式小小区向核心网传输大流量的问题。首先，通过考虑真实天线方向图、UAV的振动、小小区基站（SBS）的随机分布以及UAV在3D空间中的位置来表征下行链路信道的详细三维（3D）模型。然后，针对两种类型的干扰：小区内干扰和小区间干扰，执行严格的干扰分析。干扰分析的结果，然后被用来推导所考虑的系统上的中断概率的上限。数值结果表明，理论分析与仿真结果吻合较好.结果表明，在无人机的波动的存在下，优化辐射方向图形状需要平衡增加方向图增益以减少干扰以及补偿毫米波频率处的大路径损耗与减少方向图增益以减轻无人机振动的不利影响之间的固有权衡。的分析推导，使任何条件下的最佳天线方向图的推导在很短的时间内，而不是使用耗时的广泛的模拟。
2022-08-11 eess.SP
Coverage Analysis for Energy-Harvesting UAV-assisted mmWave Cellular Networks
在本文中，我们联合考虑了无人机（UAV）辅助的毫米波（mmWave）蜂窝网络中的下行链路同时无线信息和功率传输（SWIPT）和上行链路信息传输，其中用户设备（UE）位置使用泊松聚类过程（例如，Thomas簇过程或Matérn簇过程）。毫米波通信的区别特征，如视线（LOS）和非LOS（NLOS）链路和定向传输的不同路径损耗模型被考虑在内。在下行链路阶段，研究了不同层次的无人机与地面基站的关联概率和能量覆盖。此外，我们定义了一个成功的传输概率，共同提出的能量和信号干扰噪声比（SINR）的覆盖范围，并提供一般表达式。在上行链路阶段，我们考虑每个UAV从其自己的集群成员UE接收信息的场景。我们确定的干扰分量的拉普拉斯变换和表征的上行链路SINR覆盖。此外，我们制定的平均上行链路吞吐量，以确定最佳的时分复用之间的下行链路和上行链路阶段的目标。通过数值计算，我们研究了关键系统参数对性能的影响。我们表明，网络的性能得到改善时，集群的大小变得更小。此外，我们分析了最佳无人机高度，最佳功率分配值和最佳时分复用，最大限度地提高网络的性能。
2019-10-22 eess.SP
A Survey of Air-to-Ground Propagation Channel Modeling for Unmanned Aerial Vehicles
近年来，无人驾驶飞行器（UAV）的使用急剧增加，特别是对于小型UAV，这是由于其价格实惠、易于获得和易于操作。无人机的现有和未来应用包括远程监视和监控、救援行动、包裹递送和通信回程基础设施。此外，无人机被设想为5G无线技术的重要组成部分。无人机独特的应用场景需要精确的空对地（AG）传播信道模型，用于设计和评估无人机控制/非有效载荷以及有效载荷数据传输的通信链路。这些AG传播模型还没有被详细研究时，地面传播模型相比。在本文中，提供了一个全面的调查可用AG信道测量活动，大规模和小规模衰落信道模型，其局限性，以及未来的研究方向无人机通信场景。
2018-01-05 eess.SP
Drone-Assisted Communications for Remote Areas and Disaster Relief
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Institute for Systems Research（系统研究所）
我们探索一个端到端（包括接入和回程链路）的无人机辅助无线通信系统，同时考虑上行链路和下行链路的流量，以支持地面用户（GU）的需求，使用最少数量的无人机的目标。此外，为了延长无人机的操作（飞行）时间，我们利用能量感知路由方案。我们的目的是设计和分析无人机辅助通信网络的接入和回程连接，用于偏远和拥挤的地区和救灾，同时最大限度地减少所需的资源，即，无人机的数量。
2019-09-04 cs.RO cs.SY eess.SP
Handling Spontaneous Traffic Variations in 5G+ via Offloading onto mmWave-Capable UAV `Bridges'
无人机（UAV）越来越多地用于许多公共和民用应用，例如货物运输，医疗，监视和电信。对于后者，具有机载通信设备的无人机可以帮助暂时将流量卸载到第五代网络及以后（5G+）中的相邻小区。在本文中，我们提出并评估了使用无人机在感兴趣的区域上行驶，以缓解自发交通波动下5G+系统中的拥塞。为此，我们评估两个本质上不同的卸载方案，命名为路由和控制无人机“桥接”。使用更新理论和随机几何的工具，我们分析这些计划的特点，可以卸载到无人机的“桥”作为我们感兴趣的参数的交通需求的一部分。该框架考虑了毫米波（mmWave）无线电传播和城市部署类型的独特功能，具有潜在的建筑物视线（LoS）链路阻塞。我们还介绍了增强建议的计划，显着提高卸载增益。我们的研究结果提供的证据表明，无人机的“桥梁”，可用于有效的交通卸载在各种城市场景。
2020-06-23 cs.NI eess.SP
Precoder Design for mmWave UAV Communications with Physical Layer Security
将无人机（UAV）集成到地面蜂窝网络中被设想为下一代无线通信的关键技术之一。在这项工作中，我们考虑的物理层的安全性的通信链路在毫米波（毫米波）频谱，这是由无人机作为基站（BS）。特别是，我们提出了一种新的预编码策略，它结合了信道状态信息（CSI）的窃听者（夏娃）危及链路安全。我们表明，我们提出的预编码器策略消除了任何需要人工噪声（AN）传输欠载的情况下（用户数比天线数少）。此外，我们证明了我们的非线性预编码方案提供了有前途的security-rate性能，即使在过载的情况下，以传输低功率AN为代价。
2020-02-17 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Prediction for mmWave Ground-to-Air Propagation under Blockage
近年来，使用无人机（UAV）的地对空（GA）通信越来越受欢迎，预计将成为5G网络及其他网络的一部分。然而，GA链路易受毫米波（mmWave）频率的频繁阻塞的影响。在链路阻塞期间，不能可靠地获得信道信息。在这项工作中，我们提供了一种新的方法，在GA链路阻塞在28 GHz的信道预测。在我们的方法中，沿无人机飞行轨迹的多径分量（MPC）被安排到独立的路径箱之间的最小欧几里德距离的基础上的信道参数的MPC。在排列之后，预测在阻塞期间各个路径仓中的MPC的信道参数。自回归模型用于预测。从射线跟踪模拟获得的结果表明，实际和预测的毫米波信道之间的紧密匹配。
2021-05-05 eess.SP
How Long Can I Transmit? A Mobility Aware mmWave-based UAV Communication Framework
本文针对地面移动用户与静态无人机之间的毫米波通信问题，基于曼哈顿点线过程建模推导了视距期望持续时间表达式，并提出一种贪婪用户关联算法，其性能优于不考虑移动性的现有基准方案。
2025-06-30 cs.NI eess.SP
Integrating Low-Altitude SAR Imaging into UAV Data Backhaul
Nanjing University of Information Science and Technology（南京信息工程大学）；National Mobile Communications Research Laboratory, Southeast University（东南大学移动通信国家重点实验室）；Southeast University（东南大学）；Beijing University of Posts and Telecommunications（北京邮电大学）；Southern University of Science and Technology (SUSTech)（南方科技大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
本文提出一种数据辅助的OFDM-SAR成像框架，利用上行通信数据符号进行传感，通过统一的时频域滤波框架抑制数据随机性，提升动态无人机信道中的高分辨率成像性能。
2026-04-01 eess.SP
Multi-Beam Multi-Stream Communications for 5G and Beyond Mobile User Equipment and UAV Proof of Concept Designs
毫米波（mmWave）、大规模多输入多输出（MIMO）预计将在5G及以后的蜂窝和下一代无线局域网（WLAN）通信中发挥至关重要的作用。此外，无人机（UAV）也被认为是下一代网络的重要组成部分。在本文中，我们提出并提出了一种毫米波分布式相控阵（DPA）架构和概念验证（ODD）设计的用户设备（UE）和无人机（UAV），将用于5G/超越5G无线通信网络。通过启用多流多波束通信模式，UE中继器实现了超过4Gbps的峰值下行速率，并优化了热分布性能。基于DPA拓扑结构，设计了无人机空中基站（ABS）原型，并在支持多用户（MU）应用场景的实际外场测试中首次实现了2.2 Gbps的聚合峰值下行数据速率。
2019-09-28 eess.SP
Integrated Access and Backhaul (IAB) in Low Altitude Platforms
本文研究了非地面网络中基于无人机的集成接入与回传（IAB）技术，构建和速率最大化问题并分解为波束成形与频谱分配子问题，提出高效解决方案，验证了IAB在空中网络中的有效性。
2024-07-28 cs.IT eess.SP math.IT
Emulating UAV Motion by Utilizing Robotic Arm for mmWave Wireless Channel Characterization
针对无人机辅助通信中的毫米波无线信道特性（多普勒扩展和路径损耗建模）进行了分析和研究。考虑的频率是28 GHz的消声室设置。在该实验中考虑了从3.5英尺到23.5英尺的总共11个距离点，增量为2英尺。在每个距离点处，收集3个数据样本以用于更好的推断目的。在该仿真环境中，发现在这些不同距离处的平均多普勒扩展在-60 dB的本底噪声下约为-20 Hz和+20 Hz。另一方面，发现路径损耗指数为1.843。本研究提出了一种新的无人机运动仿真框架，为下一代无人机辅助无线通信系统的设计和实现奠定了基础。
2021-03-21 eess.SP
On the Performance of Dual-Hop Systems over Mixed FSO/mmWave Fading Channels
自由空间光（FSO）链路被认为是填补毫米波（mmWave）接入网络和基于光纤的中央网络之间的回程/前传连接性间隙的具有成本效益的方式。在本文中，我们研究了端到端的性能的双跳混合FSO/毫米波系统，以解决这种组合使用。FSO链路被建模为使用外差检测和间接调制/直接检测与指向误差损伤的Gamma-Gamma衰落信道，而毫米波链路经历波动的双射线衰落。在同时考虑放大转发和解码转发中继的假设下，推导出了基于双变量Fox $H$函数的中断概率、平均误比特率、遍历容量和有效容量的新的闭式表达式。此外，我们讨论了分集增益，并提供其他重要的工程见解的基础上的中断概率和平均BER的高信噪比分析。最后，我们所有的分析结果进行了验证，使用Monte Carlo模拟。
2020-04-12 cs.IT eess.SP math.IT
Sensing-assisted Accurate and Fast Beam Management for Cellular-connected mmWave UAV Network
本文提出感知辅助波束管理方法，利用视觉域信息结合集成感知通信与计算机视觉技术，通过扩展卡尔曼滤波和双重身份关联，降低毫米波无人机网络的初始接入延迟并提升跟踪与通信性能。
2023-10-12 eess.SP
Beam Designs for Millimeter-Wave Backhaul with Dual-Polarized Uniform Planar Arrays
本文提出了毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）回程系统的发射和接收基站的双极化天线的均匀平面阵列（UPA）的混合波束成形设计。所提出的波束成形设计是考虑到双极化UPA结构来近似最优地解决优化问题。基于优化问题的解，本文证明了由具有相同最优性的最优单极化波束形成器生成最优双极化波束形成器的可能性。作为具体的例子，分别考虑了平方误差和内积的大小作为优化准则。为了优化所提出的波束形成器，需要部分信道信息，并且还提出使用低开销导频序列来计算出所需的信息。仿真结果表明，在双极化天线的UPA覆盖范围内，所设计的波束形成器具有最均匀的增益（以平方误差为准则）或最高的平均增益（以内积的大小为准则）。
2020-03-11 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter Wave Remove UAV Control and Communications for Public Safety Scenarios
来自无人驾驶飞行器（UAV）的通信和视频捕获为协助远程公共安全环境中的第一响应者提供了巨大的潜力。在这样的使用中，毫米波（mmWave）无线链路可以在UAV和远程命令中心之间提供高吞吐量和低延迟连接。然而，由于需要支持高速波束跟踪并克服阻塞，因此在毫米波频带中保持可靠的空中通信是具有挑战性的。本文提供了一项模拟研究，旨在评估通过28 GHz的5G链路实现公共安全无人机连接的可行性。在类似于公共安全设置中预期的机动期间捕获真实的飞行运动轨迹。然后，运动轨迹被纳入详细的毫米波网络模拟器中，该模拟器对信道、阻塞、波束成形和完整的3GPP协议栈进行建模。我们表明，当基站位于任务区附近时，5G毫米波通信可以提供高达1 Gbps的吞吐量，并具有一致的亚毫秒延迟，从而实现无人机控制和感知算法的远程卸载。
2020-05-13 eess.SP
Machine-Learning Beam Tracking and Weight Optimization for mmWave Multi-UAV Links
毫米波（mmWave）混合模拟数字波束形成是一种很有前途的方法，可以满足多无人机（UAV）系统的低延迟约束，作为灵活部署的网络基础设施。然而，在高度动态的多无人机环境中，模拟波束跟踪成为一个关键的挑战。以频谱效率为代价的额外导频传输的开销被证明是必要的，以实现操作中的高弹性。一种处理UAV的高动态的有效方法将机器学习，特别是Q学习应用于模拟波束跟踪。所提出的基于Q学习的波束跟踪方案使用当前/过去的观测来设计来自环境的奖励以促进预测，这显著地提高了数据传输和波束切换的效率。给定所选择的模拟波束，数字波束成形的目标是最大化SINR。接收到的导频信号被用来近似期望的信号和干扰功率，这产生SINR测量以及最佳数字权重。由于基于接收功率选择的模拟波束不能保证混合波束形成实现最大化SINR，因此我们在波束跟踪期间保留额外的模拟波束作为候选。模拟波束与其数字权重的组合实现最大SINR，从而为混合波束形成提供了最佳解决方案。
2019-10-29 cs.IT eess.SP math.IT
Adaptive Cell Range Expansion in Multi-Band UAV Communication Networks
本文针对多频段无人机通信网络，提出毫米波天线增益建模新方法和偏向毫米波无人机的用户关联策略，通过随机几何分析推导关键性能指标，经仿真验证策略有效性及分析结果一致性。
2024-11-27 cs.IT eess.SP math.IT
An Experimental mmWave Channel Model for UAV-to-UAV Communications
无人机（UAV）网络可以提供弹性通信基础设施，以在流量高峰或灾难场景的情况下增强地面网络。然而，为了能够做到这一点，它们需要基于高带宽无线技术来实现无线电接入和回程。在这方面，毫米波（mmWave）频谱代表了一种诱人的解决方案，因为它提供了大量未开发的频谱，可以为空中平台提供超高的数据速率。然而，空中毫米波信道经历与相同频带中的地面部署显著不同的特性。到目前为止，毫米波空中信道尚未被广泛研究和建模。具体而言，UAV微移动性（由于控制回路中的不精确性以及包括风在内的外部因素）和高度定向的毫米波传输的组合需要特设模型来准确地捕获UAV部署的性能。为了填补这一空白，我们提出了一个经验传播损耗模型的无人机到无人机通信在60 GHz的基础上，进行了广泛的空中测量活动与Facebook的Terragraph信道探测器。我们将其与3GPP信道模型进行比较，并公开测量数据集。
2020-08-06 cs.NI eess.SP
High Performance 5G FR-2 Millimeter-Wave Antenna Array for Point-to-Point and Point-to-Multipoint Operation: Design and OTA Measurements Using a Compact Antenna Test Range
Glasgow Caledonian University（格拉斯哥喀里多尼亚大学）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）
本文设计并测量了覆盖n257频段的高性能8元线阵和32元平面阵列，通过紧凑型天线测试范围进行OTA测量，验证了其高增益和宽波束特性，适用于5G及毫米波应用。
2025-01-26 eess.SP
GPS-Aided Deep Learning for Beam Prediction and Tracking in UAV mmWave Communication
Department of Intelligent Mechatronics Engineering, and Department of Convergence Engineering for Intelligent Drone, Sejong University（智能机电工程系，智能无人机融合工程系，世宗大学）
提出一种GPS辅助深度学习模型，通过位置数据映射波束索引，同时预测UAV毫米波通信的当前与未来最优波束，在保证95%预测准确率的同时将开销降低约93%。
2025-07-11 cs.IT cs.LG eess.SP
Hover or Perch: Comparing Capacity of Airborne and Landed Millimeter-Wave UAV Cells
如今，无人机（无人机）携带的毫米波（mmWave）接入点（AP）的按需部署被认为是增强5G+网络性能的潜在解决方案。然而，现代无人机的电池寿命限制了此类系统的飞行时间。在这封信中，我们评估了一个可行的部署替代方案，用于在用户需求波动较大的地区临时提高容量。该方法是将基于无人机的毫米波AP降落在附近的建筑物上，而不是在该区域上空盘旋。在所开发的数学框架内，我们通过考虑所使用的无人机的整个操作周期来比较机载和着陆部署的系统级性能。我们的数值结果表明，无人机部署选项的选择是由服务区和无人机充电站之间的间隔距离，无人机电池寿命和使用中的空中AP的数量的相互作用决定的。所提出的方法和结果可以支持在未来的5G+网络中基于无人机的毫米波AP的高效按需部署。
2020-07-26 cs.NI eess.SP
Lifetime Maximization for UAV-assisted Data Gathering Networks in the Presence of Jamming
无人机（UAV）的部署最近由于各种实际用例（如监视，数据收集和商品交付）而受到极大关注。由于无人机由电池供电，因此节能通信至关重要。在本文中，我们研究了存在多个干扰源的情况下，无人机辅助网络的生命周期最大化问题，其中无人机被部署来收集来自一组无线传感器的数据。我们证明了无人机的位置在延长网络的寿命方面起着关键作用，因为无人机所需的传输功率与它们在空间中的位置密切相关。在所提出的场景中，UAV将收集的数据发送到称为\textit{leader}的主UAV，主UAV负责经由回程UAV网络将数据转发到基站（BS）。我们部署的工具，从谱图理论来解决这个问题，由于其高度的非凸性。仿真结果表明，我们提出的方法可以显着提高无人机网络的生命周期。
2020-05-10 cs.SY eess.SP eess.SY
Millimeter-Wave Communication Testbed Using Digital Coding Dynamic Metasurface Antenna: Practical Design and Implementation
本文设计并实现了一个基于数字编码动态超表面天线（DMA）的60 GHz毫米波通信测试平台，利用FPGA控制实现实时波束控制，成功演示了62 GHz下的QPSK视频传输及多波束同时传输，为集成感知与通信（ISAC）提供了平台。
2025-08-05 eess.SP
Environment-aware UAV Communications: CKM Construction and Predictive Beamforming
针对毫米波易受阻塞导致无人机通信中断的问题，提出基于信道知识地图和假设检验的预测波束成形方法，利用EKF跟踪并触发切换，显著提升性能。
2024-04-18 eess.SP
mmHawkeye: Passive UAV Detection with a COTS mmWave Radar
本文提出mmHawkeye，一种利用商用毫米波雷达的无源无人机检测方法，通过周期性微运动信号特征实现远距离检测，结合动态规划、粒子滤波和LSTM进行跟踪与识别，实验检测准确率达95.8%，最远检测距离80米。
2023-08-12 cs.NI eess.SP
Meeting Future Mobile Traffic Needs by Peak-Throughput Design of Next-Gen RAN
针对当前移动网络拥塞问题，本文聚焦城市环境中毫米波5G网络的集成接入与回传（IAB）和智能无线电环境（SRE），提出基于峰值吞吐量最大化的网络规划模型，为满足未来移动流量需求提供优化方案。
2025-11-12 cs.NI eess.SP
