無人機組網與應用：基於 5G 移動通信網絡 Wireless Communications and Networking for Unmanned Aerial Vehicles

Walid Saad，Mehdi Bennis 譯 劉文雯，劉琛

無人機組網與應用：基於 5G 移動通信網絡

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商品描述

本書深入探討了支持無人機通信與組網研究的技術挑戰與機遇。
作者根據無人機通信的技術挑戰，精心挑選了一些主要問題，
包括無人機通信網絡性能分析和優化、物理層設計、軌跡規劃、資源管理、
多址接入、協同通信、標準化、控制和安全等等，逐步展開深入的技術分析和研究。
同時結合實際應用詳細探討，包括無人機交付系統、公共安全、物聯網、虛擬現實和智能城市。
該書作為學習、開發和研究無人機通信系統的權威指南，
適合從事相關行業從事無人機通信系統研發、集成、
部署和維護的工程師，以及相關專業的學生和研究人員閱讀參考。

作者簡介

穆罕默德·莫紮法裏，美國愛立信公司研究員。

目錄大綱

譯者序
致 謝
第1章 UAV的無線通信和組網簡介1
1.1 UAV技術演進概述1
1.2 UAV類型和監管條例2
1.2.1 UAV的分類2
1.2.2 UAV的監管條例3
1.3 UAV的無線通信和組網5
1.3.1 UAV作為飛行的無線基站5
1.3.2 UAV作為無線網絡用戶終端7
1.3.3 UAV作為中繼8
1.4 小結和全書概述9

第2章 UAV應用和用例10
2.1 用於公共安全場景的UAV10
2.2 用於信息傳播的UAV輔助地面無線網絡11
2.3 UAV三維MIMO和毫米波通信12
2.4 物聯網系統中的UAV13
2.5 用於虛擬現實應用的UAV14
2.6 在地面網絡無線回傳中的UAV15
2.7 蜂窩連接的UAV UE15
2.8 智慧城市中的UAV16
2.9 本章小結17

第3章 空中通道建模和波形設計18
3.1 無線電波傳播和建模的基本原理19
3.2 空中無線通道的特徵22
3.3 大尺度傳播通道效應24
3.3.1 自由空間路徑損耗24
3.3.2 射線追蹤25
3.3.3 對數距離路徑損耗模型30
3.3.4 經驗路徑損耗模型32
3.3.5 陰影35
3.3.6 LOS概率36
3.3.7 大氣和天氣效應41
3.4 小尺度傳播通道效應42
3.4.1 時間選擇性和多普勒擴展43
3.4.2 頻率選擇性和時延擴展44
3.4.3 空間選擇性和角度擴展46
3.4.4 包絡和功率分佈47
3.5 波形設計49
3.5.1 波形基礎知識49
3.5.2 正交頻分複用51
3.5.3 直接序列擴頻53
3.5.4 連續相位調製54
3.6 本章小結55

第4章 性能分析和權衡56
4.1 UAV網絡建模：挑戰與工具56
4.2 UAV BS下行鏈路性能分析57
4.2.1 系統建模58
4.2.2 靜態UAV BS場景59
4.2.3 移動UAV BS場景64
4.2.4 具有代表性的模擬結果67
4.3 本章小結70

第5章 UAV無線通信部署72
5.1 UAV部署分析工具73
5.2 優化覆蓋的UAV BS部署75
5.2.1 部署模型75
5.2.2 部署分析76
5.2.3 具有代表性的模擬結果79
5.2.4 小結80
5.3 用於節能上行鏈路數據收集的UAV BS部署80
5.3.1 系統建模和問題表述81
5.3.2 地對空通道模型81
5.3.3 IoT設備的激活模型82
5.3.4 UAV BS的放置以及與帶有功控的設備進行關聯83
5.3.5 更新時刻分析86
5.3.6 具有代表性的模擬結果87
5.3.7 小結89
5.4 有緩存的主動部署90
5.4.1 模型90
5.4.2 UAV BS的部署與內容緩存93
5.4.3 具有代表性的模擬結果95
5.4.4 小結97
5.5 本章小結98

第6章 UAV網絡的無線感知路徑規劃99
6.1 無線感知路徑規劃的需求99
6.2 UAV UE的無線感知路徑規劃：模型與問題表述100
6.3 UAV UE的自組織無線感知路徑規劃103
6.3.1 路徑規劃博弈103
6.3.2 UAV UE路徑規劃博弈的平衡105
6.4 用於在線路徑規劃和資源管理的深度強化學習107
6.4.1 深度ESN架構107
6.4.2 基於深度ESN的UAV UE更新規則108
6.4.3 用於無限感知路徑規劃的深度強化學習109
6.5 代表性模擬結果111
6.6 本章小結118

第7章 UAV網絡的資源管理119
7.1 UAV輔助無線網絡在懸停時間限制下的小區關聯119
7.1.1 系統模型120
7.1.2 在懸停時間限制下化數據服務的和公平的小區分區123
7.1.3 大量模擬和數值結果126
7.1.4 小結130
7.2 三維無線蜂窩網絡的資源規劃和小區關聯130
7.2.1 三維蜂窩網絡的精確模型131
7.2.2 UAV BS蜂窩網絡的三維部署：截斷的八面體結構132
7.2.3 最小延遲三維小區關聯134
7.2.4 具有代表性的模擬結果136
7.2.5 小結138
7.3 UAV無線網絡中授權和非授權頻譜資源的管理138
7.3.1 LTE-U UAV BS網絡模型139
7.3.2 數據速率和排隊模型141
7.3.3 資源管理問題的定義和解決143
7.3.4 具有代表性的模擬結果144
7.3.5 小結146
7.4 本章小結147

第8章 UAV網絡中的協同通信148
8.1 蜂窩連接的UAV UE無線系統中的CoMP傳輸149
8.1.1 空中UAV UE網絡的CoMP模型150
8.1.2 概率緩存位置和服務距離分佈150
8.1.3 通道模型151
8.1.4 覆蓋率分析152
8.1.5 具有代表性的模擬結果155
8.1.6 小結156
8.2 UAV可重構天線陣列：UAV BS場景157
8.2.1 基於UAV的空中天線陣列：基本模型157
8.2.2 傳輸時間最小化：優化陣列內UAV的位置159
8.2.3 控制時間最小化：UAV的時間控制163
8.2.4 具有代表性的模擬結果166
8.2.5 小結168
8.3 本章小結168

第9章 從LTE到支持5G NR的UAV網絡169
9.1 支持移動技術的UAV170
9.1.1 連接性170
9.1.2 超連接服務171
9.2 LTE簡介172
9.2.1 設計原則172
9.2.2 系統架構173
9.2.3 無線電接口協議174
9.2.4 物理層時頻結構175
9.3 UAV作為LTE UE176
9.3.1 覆蓋177
9.3.2 乾擾178
9.3.3 移動性支持180
9.3.4 延遲和可靠性182
9.4 UAV作為LTE BS185
9.5 互聯UAV的3GPP標準化186
9.5.1 LTE連接的UAV的3GPP Release 15研究186
9.5.2 LTE連接的UAV的3GPP Release 15工作189
9.5.3 遠程UAV識別的3GPP Release 16研究190
9.6 支持5G NR的UAV191
9.6.1 5G NR入門191
9.6.2 優異的連接性能193
9.6.3 支持網絡切片的差異化服務193
9.6.4 網絡智能194
9.7 本章小結195

第10章 UAV網絡安全196
10.1 UAV安全問題概述196
10.2 配送系統中的UAV安全199
10.2.1 UAV配送系統的安全性建模199
10.2.2 網絡攔截博弈中的UAV安全201
10.2.3 有人類決策者的UAV配送系統安全性204
10.2.4 具有代表性的模擬結果206
10.2.5 小結210
10.3 UAV安全性總結210
參考文獻211
技術術語表232

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