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图 2 基于镜像阵列结构的 UAV 通信示意图
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由于毫米波高路径损耗特性, 本文采用 Rician 衰落信道模型。与传统的低频信道不
同,UAV 与 GT 之间的信道是随机衰落的,因此从第 kk 个 GT 到 UAV 的信道矩阵可以表
示为
H^k=β0(dk)−α−−−−−−−√(δδ+1−−−−−√Gk+1δ+1−−−−−√G^k)H^k=β0(dk)−α(δδ+1Gk+1δ+1G^k)
其中,β0β0 为信道功率增益,dk=∥z−xk∥22+h2−−−−−−−−−−−−√dk=‖z−xk‖22+h2 为
UAV 与第 kk 个 GT 之间的距离,α≥2α≥2 为路径损耗指数。GkGk 为 Gk(i,j)=1Gk(i,j)=1 时
第 kk 个 GT 的视距(Line of Sight, LoS)分量,G^kG^k 为第 kk 个 GT 的瑞利衰落信道(或
NLoS)分量,δ≥0δ≥0 为主要 LoS 和 NLoS 分量功率比的莱斯因子。
2.1 透镜辅助毫米波 MIMO 系统
如图 1 所示,透镜天线阵列是在 UAV 支持的 mmWave MIMO 系统上设计的。在该结
构中,来自不同未知方向的信号将集中在阵列天线上。透镜\boldsymbolU\boldsymbolU 可
以表征为入射信号的空间离散傅里叶变换,其中包括覆盖整个角域的 NtNt 阵列导向向量为
\boldsymbolU=[\boldsymbola(ϕ¯1), \boldsymbola(ϕ¯2),⋯, \boldsymbola(ϕ¯Nt )]H\boldsymbolU=[\boldsymbola(ϕ¯1), \boldsymbola(ϕ¯2),⋯, \boldsymbola(ϕ¯Nt )]H
其中,
\boldsymbola(ϕ¯i)=(1/Nt−−√)[e−2jπϕ¯in](n∈I)\boldsymbola(ϕ¯i)=(1/Nt)[e−2jπϕ¯in](n∈I)为
空间方向 ϕ¯iϕ¯i 的 Nt×1Nt×1 阵列导向向量,并且
\mathcal{I}{\text{ = }}\left\{ n - ({N_t} - 1)/2\left| \mathcal{I}{\text{ = }}\left\{ n - ({N_t} - 1)/2\left|
{n = 0,1, \cdots ,{N_t} - 1} \right. \right\} {n = 0,1, \cdots ,{N_t} - 1} \right. \right\}是数组元素的索
引集。ϕ¯iϕ¯i 为归一化空间方向