本技术介绍了一种增强型空地无线网络一体化系统的覆盖与容量提升方案,属于无线通信技术领域。该方案包括构建空地无线网络一体化系统,并由地面用户发起连接建立。
背景技术
在空地无线网络场景中,空中基站配合地面无线通信网络,由于空中基站的移动性、可以灵活部署以及低成本,可以有效增强地面无线网络的容量覆盖性能。与使用传统的地面基站相比,使用空中基站的优势在于空中基站可以灵活地通过三维动态调整其位置来满足地面通信需求,并且可以避开障碍物,增加与地面用户建立视距通信链路的可能性,从而为系统的提供大容量的连接并且增强系统的容量覆盖。在此场景中考虑使用接入回传一体化网络架构,通常,接入回传一体化体系架构意味着接入和回程链路之间的紧密互连,其中地面基站使用相同的基础设施和无线信道资源,分别为地面用户和空中基站提供接入和回程连接,然而,接入链路和回程链路之间的相互干扰和回程容量的限制成为在空地无线网络接入回传一体化系统建立通信链路的主要挑战。
同时,现有地面无线网络覆盖方法不能够灵活部署,而且由于人们日益增长的容量需求,导致地面基站供应不足,然而,扩建新的地面基站成本过高,占用大量的地面资源,空中基站可以依据地面用户分布状态,灵活地对地面用户进行网络覆盖。利用空中基站,在地面无线网络的基础上,从平面向立体延伸,叠加一层基于空中基站的无线接入网络,为地面用户提供网络接入和通信服务,解决地面通信不能灵活覆盖的问题,同时也增加系统的覆盖容量。
近来,接入回传一体化技术的使用成为降低蜂窝网络部署成本的解决方案,在这方面,第三代合作伙伴计划引入了接入回传一体化网络架构,以允许灵活部署下一代蜂窝网络。在文章《Bandwidth Partitioning and DownlinkAnalysis in Millimeter WaveIntegrated Access and Backhaul for 5G》中,作者为支持接入回传一体化网络架构的蜂窝网络开发了一个分析框架,使用该框架可以准确地描述其下行速率覆盖概率。在文章《Joint Load Balancing and InterferenceMitigation in 5G HeterogeneousNetworks》中,作者研究了异构网络中的联合用户关联和干扰管理问题,其中假设大量多输入多输出宏小区基站配备大量天线,覆盖无线自回程小小区,将联合负载平衡和干扰缓解问题描述为无线回程约束下的网络效用最大化问题。接入回传一体化网络体系结构可以实现下一代蜂窝网络的灵活和快速部署,然而,接入和回程链路之间的相互干扰、较小的站点间距离以及用户分布的空间动态性对接入回传一体化网络的实际部署构成了重大挑战。使用空中基站则可以更加有效地解决这些问题,因为使用空中基站为地面用户提供接入服务,与密集部署小基站以接近边缘用户的基本理念不同,空中基站的使用允许根据覆盖范围和容量需求动态重新配置网络架构,从而不仅可以改善覆盖,还可以提高系统的容量。
重庆邮电大学在其申请的专利文献“一种5G通信系统地面用户关联、无人机部署及资源分配方法”,申请号:202110572618.5,申请公布号:CN 113285777 A,该方法虽然考虑了空中基站回程链路的设计,但并未考虑到空中基站回程受限的约束条件,所以在实际的通信网络系统设计中有一定地局限性。南京邮电大学在其申请的专利文献“基于无人机辅助的蜂窝通信系统的通信方法”,申请号:201911058134.8,申请公布号:CN 110958616A,通过蜂窝通信系统的已有的地面基站的信息进行确定空中基站的最佳飞行高度,部署空中基站,以提高蜂窝通信系统的通信质量。该方法中同样并未考虑空中基站的回程约束,虽然提高了系统的覆盖率,但是对系统的覆盖容量并没有显著提高。
基于此,提出空地无线网络接入回传一体化系统的容量覆盖增强方法,以解决上述空中基站高动态部署的问题以及系统容量覆盖的问题。
实现思路