【摘 要】
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后向散射通信（Backscatter Communication,Back Com）无需无线发射设备配备主动射频组件,能显著降低能耗、成本并简化电路,是实现绿色物联网的重要技术之一。无人机通信因其极强的视距连接、灵活性、快速部署等特点可为物联网设备的数据收集提供新的解决途径。将无人机与Back Com结合实现无人机辅助Back Com系统,可以应对物联网应用面临的能量供应和数据收集挑战。本文研究单
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后向散射通信（Backscatter Communication,Back Com）无需无线发射设备配备主动射频组件,能显著降低能耗、成本并简化电路,是实现绿色物联网的重要技术之一。无人机通信因其极强的视距连接、灵活性、快速部署等特点可为物联网设备的数据收集提供新的解决途径。将无人机与Back Com结合实现无人机辅助Back Com系统,可以应对物联网应用面临的能量供应和数据收集挑战。本文研究单无人机辅助收发分置式Back Com系统和多无人机辅助单站式Back Com系统的性能,基于随机几何建模不同组成架构下无人机辅助Back Com系统,分析后向散射设备（Backscatter Devices,BD）的激活概率和系统平均覆盖概率等性能,具体研究内容和取得的研究成果如下:（1）针对单无人机辅助收发分置式Back Com系统,采用多个功率信标作为激励源,发送射频信号为BD供能,采用无人机搭载后向散射接收机作为数据采集器。首先对该场景下的系统进行空间建模,具体地,考虑部署功率信标的距离约束,将其建模为II型Matérn硬核点过程;考虑BD分布的随机性,将其建模为奇次泊松点过程。其次推导BD激活概率和系统平均覆盖概率表达式,通过构建能效优化模型,获得功率信标的最优发射功率。最后采用蒙特卡洛仿真,验证理论推导的正确性,分析不同参数对系统平均覆盖概率的影响,比较将功率信标建模为II型Matérn硬核点过程和奇次泊松点过程的系统平均覆盖概率和能量效率差异,揭示不同功率信标部署密度下最优发射功率的取值规律。（2）针对多无人机辅助单站式Back Com系统,采用多架无人机搭载射频源与后向散射接收机,分别用于给BD供能和采集BD生成的数据。考虑热点聚类场景,采用泊松簇过程建模通信节点的分布,即无人机作为父点过程,其分布服从奇次泊松点过程,BD作为子点过程围绕无人机分布。基于随机几何理论,先推导BD收集功率的近似分布函数并据此推导BD激活概率的近似表达式,通过求解干扰的拉普拉斯变换,进一步推导系统平均覆盖概率的近似表达式。采用蒙特卡洛仿真,验证理论推导的正确性,分析无人机高度、密度、发射功率等系统参数对BD激活概率和系统平均覆盖概率的影响。
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