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【通信】对集成中继+可重构智能表面(RIS)辅助无人机通信系统采用选择合并(SC)技术的性能分析模拟附matlab代码

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🔥 内容介绍

一、引言

随着无人机技术的广泛应用,无人机通信面临着诸多挑战,如信号遮挡、路径损耗等。集成中继与可重构智能表面(RIS)技术为改善无人机通信性能提供了有效途径。选择合并(SC)作为一种简单且有效的分集合并技术,可进一步提升系统性能。通过对这一集成系统采用 SC 技术进行性能分析模拟,有助于深入理解其工作机制和性能表现,为实际应用提供理论支持。

二、系统模型

集成中继 + RIS 辅助无人机通信系统架构

  1. 无人机(UAV)

    :作为通信终端,在空间中移动执行任务,与地面基站(BS)进行通信。无人机配备有通信天线,用于接收和发送信号。

  2. 中继节点(RN)

    :部署在合适位置,负责接收无人机发送的信号,并对其进行放大或解码转发,以克服信号传播过程中的损耗。中继节点与无人机和基站之间通过无线链路进行通信。

  3. 可重构智能表面(RIS)

    :由大量可独立调控的反射元件组成,可对入射信号进行相位、幅度等特性的调整。通过智能地改变反射信号的特性,RIS 能够增强无人机与基站之间的通信链路,改善信号传输质量。RIS 与无人机和基站之间存在反射链路。

信号传播模型

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

%% Clear and close all

clear;

close all;

clc;

%% Parameters for Relay System

M = 1e6; % Number of samples (for simulation)

Average_SNR_dB = -30:5:50; % Average SNR in dB

Average_SNR = 10.^(Average_SNR_dB ./ 10); % Convert SNR to linear scale

Threshold_SNR_dB = -30; % Threshold SNR in dB

Gamma_0 = 10^(Threshold_SNR_dB / 10); % Convert threshold SNR to linear scale

% Nakagami-m parameters

m = 2; % Shape parameter

Omega_SR = 1; % Mean SNR of Source-Relay link

Omega_RD = 1; % Mean SNR of Relay-Destination link

% Gains

G_s = 10; G_r = 10; G_d = 10;

% Path Losses

d1 = 10; % Distance from source to relay in meters

d2 = 10; % Distance from relay to destination in meters

f = 1.6e9; % Frequency in Hz (1.6 GHz)

c = 3e8; % Speed of light in m/s

lambda = c / f; % Wavelength

% Free Space Path Loss parameters

PL1 = (G_s * G_r * lambda^2) / (4 * pi * d1)^2; % Source to Relay path loss

PL2 = (G_r * G_d * lambda^2) / (4 * pi * d2)^2; % Relay to Destination path loss

% Initialize arrays for outage probability simulation and analytical results

OutageProb_sim = zeros(size(Average_SNR_dB ));

OutageProb_analytical = zeros(size(Average_SNR_dB ));

%% Simulation loop over different transmit powers

for jj = 1:length(Average_SNR_dB )

% Generate Nakagami-m fading coefficients

h1 = sqrt(gamrnd(m, 1/m, 1, M)); % Nakagami-m fading coefficients for h1

h2 = sqrt(gamrnd(m, 1/m, 1, M)); % Nakagami-m fading coefficients for h2

% Apply path losses including FSPL

h1f = h1;

h2f = h2;

% Effective SNR considering path losses and transmit power

SNR1 = Average_SNR(jj) * h1f.^2 *(sqrt(PL1));

SNR2 = Average_SNR(jj) * h2f.^2*(sqrt(PL2)) ;

SNR = min(SNR1, SNR2); % Minimum SNR for outage calculation

% Calculate outage probability from simulation

OutageProb_sim(jj) = mean(SNR < Gamma_0);

end

%% Analytical outage probability calculation loop

for jj = 1:length(Average_SNR_dB )

% Compute CDF for Source-Relay link

% Analytical Outage Probability Calculation

gamma_th_sr = Gamma_0 /Omega_SR; % Normalized threshold for Nakagami-m CDF

F_gamma_SR = 1-gammainc(m *(1/sqrt(PL1))* gamma_th_sr./Average_SNR, m, 'lower');

gamma_th_rd = Gamma_0 /Omega_RD; % Normalized threshold for Nakagami-m CDF

F_gamma_RD = 1-gammainc(m *(1/sqrt(PL2))* gamma_th_rd./Average_SNR, m, 'lower');

% Compute outage probability analytically

OutageProb_analytical = 1-(F_gamma_SR.*F_gamma_RD);

end

%% Plotting Outage Probability results

figure;

semilogy(Average_SNR_dB , OutageProb_sim, 'r-s', 'LineWidth', 1.5);

hold on;

semilogy(Average_SNR_dB , OutageProb_analytical, 'k--', 'LineWidth', 1.5);

xlabel('Transmit Power (dB)');

ylabel('Outage Probability');

title('Outage Probability vs Transmit Power for Nakagami-m Fading Channel with Relay System (Including FSPL)');

legend('Simulation', 'Analytical');

grid on;

axis([-30 10 1e-6 1])

🔗 参考文献

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http://www.jsqmd.com/news/893267/

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