中文引用格式： 薄云鵬，亢抗，潘桂新，等. 一種基于PPO算法的低空基站優(yōu)化模型[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(7)：60-64.
英文引用格式： Bo Yunpeng，Kang Kang，Pan Guixin，et al. A low-altitude base station optimization model based on PPO algorithm[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(7)：60-64.
引言
近年來，隨著低空經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，無人機(jī)的數(shù)量和應(yīng)用急劇增加，無人機(jī)的通信需求也隨之快速擴(kuò)張[1]。而傳統(tǒng)的基于地面站的無人機(jī)通信方式受地面站性能和所用的非授權(quán)頻段的限制，存在易受干擾、通信范圍受限、安全性差等問題，難以滿足新應(yīng)用場(chǎng)景的需求，因此，人們認(rèn)為利用蓬勃發(fā)展的5G及以上蜂窩網(wǎng)絡(luò)支持無人機(jī)通信是最有前途和成本效益的方法[2-6]。
然而，現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)以服務(wù)地面用戶為主[7]，據(jù)此開展的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化也主要面向地面目標(biāo)，并且由于天線自身存在零位、旁瓣等問題，低空?qǐng)鼍爸行盘?hào)覆蓋不全、鄰區(qū)關(guān)系雜亂、切換頻繁、信號(hào)干擾嚴(yán)重等現(xiàn)象極為突出，使得目前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)難以滿足無人機(jī)低空通信的需要[2, 5, 8]。因此，亟需通過建立專門的低空網(wǎng)絡(luò)來開展對(duì)低空無人機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景的通信服務(wù)。
當(dāng)前的低空通信組網(wǎng)方案主要有同站空地同頻組網(wǎng)、同站空地異頻組網(wǎng)、異站空地同頻組網(wǎng)、異站空地異頻組網(wǎng)等[2, 9]，其中，同站組網(wǎng)方案通過在地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)站址上對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化或新增少量AAU設(shè)備等方式實(shí)現(xiàn)低空網(wǎng)絡(luò)的建立，具有成本低、建設(shè)方便等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于具體的低空網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案，已有很多關(guān)于低空基站的選址[10]以及對(duì)天線的仰角[11-12]的調(diào)整方面的研究，然而上述研究往往只聚焦于站址或仰角等單一配置的調(diào)整，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中通過優(yōu)化已有地面基站建立低空網(wǎng)絡(luò)過程中的對(duì)合適基站進(jìn)行選擇以及對(duì)高度、天線角度、設(shè)備選型等多方面配置策略的聯(lián)合設(shè)計(jì)而言，其實(shí)用價(jià)值有限，需要設(shè)計(jì)一種多要素聯(lián)合的低空基站優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的低空網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。
傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基站規(guī)劃方法往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸烙?jì)信號(hào)的傳播，而已有研究證實(shí)，城市環(huán)境內(nèi)的復(fù)雜建筑物的遮擋和反射會(huì)極大地改變空對(duì)地信道特性[13-15]，因此統(tǒng)計(jì)性信道模型往往難以準(zhǔn)確描述信道特征。而射線追蹤技術(shù)可通過計(jì)算無線電波與場(chǎng)景之間的電磁相互作用，模擬真實(shí)的信號(hào)傳播過程，具有更高的靈活性[15]。然而射線追蹤作為一種確定性傳播工具，其所需計(jì)算量往往遠(yuǎn)大于統(tǒng)計(jì)性模型，因而在應(yīng)用時(shí)需采取實(shí)時(shí)計(jì)算等措施降低計(jì)算量，提升效率。
強(qiáng)化學(xué)習(xí)是一種通過智能體與環(huán)境的交互來積累信息、改進(jìn)策略的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，該方法通過環(huán)境對(duì)智能體動(dòng)作的反饋來進(jìn)行智能體的訓(xùn)練與學(xué)習(xí)，具有無需提前獲取先驗(yàn)信息的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)低空基站優(yōu)化問題而言，使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法可免于提前進(jìn)行各基站不同優(yōu)化方案的覆蓋效果的繁雜計(jì)算，提升優(yōu)化速度，降低計(jì)算量與時(shí)間成本。
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作者信息：
薄云鵬1，2，亢抗3，潘桂新3，汪敏1
（1.中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)，云南 昆明 650200；
2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；
3.中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司廣東省分公司，廣東 廣州 510700）
