毫米波通信中混合用户业务的几何无人机轨迹规划

毫米波可以提供很高的数据速率，但穿透损耗与传播损耗同样突出，只有在视距（LoS）条件下链路才可靠——这几点基本决定了无人机基站该往哪里飞。障碍物会挡住 LoS，用户又在移动，于是“把无人机悬停在某个固定最优点”的思路就不再够用。这份资料要回答的正是：障碍物与移动用户同时存在时，无人机应该按什么规则逐时刻选择位置，才能同时照顾两类需求差别很大的业务。在 beyond fifth-generation 的讨论中，无人机辅助毫米波通信被列为有潜力的候选方案，这个问题因此变得具体。

它覆盖的是一套完整的轨迹规划方案。系统模型把用户分成 eMBB 与 URLLC 两类，作者明确说明不处理面向海量机器终端的 mMTC，只取这两类，认为它们足以支撑人类型蜂窝通信；同时假定 NLoS 链路无法满足 URLLC 的最低速率阈值。方法上，作者采用两个计算几何工具——Apollonius circle 与 minimum enclosing ball of balls：先划出无人机可以驻留的区域，再在区域内挑点。验证方式是仿真，对照对象是已有的 state-of-the-art benchmark，比较指标是 URLLC 与 eMBB 用户取得的 sum throughput。

算法的第一步处理 URLLC 的时延敏感性。作者用 Apollonius circle 或最小包围球把 URLLC 用户所有可能出现的位置包起来，得到一个无人机大概率该在的区域，再对这个区域做离散化，生成一组候选位置，要求它们能为 URLLC 用户的所有可能位置提供 LoS 链路。换句话说，几何工具在这里承担的是把“用户可能在哪”的不确定性转换为一块可计算的空间范围，而不是逐个用户去试探。

第二步是在这块已保证 URLLC 覆盖的区域内部，找一个让 eMBB 聚合吞吐最大的点。与 URLLC 不同，eMBB 被认为可以容忍轻微中断，所以 LoS 与 NLoS 链路都计入吞吐。若出现多个吞吐相同的候选点，算法选择相对上一时刻位置位移最小的那个，也就是让轨迹尽量少折返。仿真结果显示，这套做法在 URLLC 与 eMBB 的合计吞吐上优于对比方案；但就给定材料而言，只有“优于 benchmark”这一结论，具体吞吐量数值、信道参数与仿真配置都没有出现。

这意味着什么：核心在于一个分层的决策顺序，而非某个单点最优解——先保证 URLLC 连接不中断，再在剩余自由度里提高 eMBB 吞吐，最后用最小位移保证轨迹平顺。对实际部署而言，这种优先级排序对应的是可解释的规则：哪类用户掉线代价高，就先给它划出保护区。作者梳理已有工作时反复指出，此前的布点或轨迹方案大多假定用户静止、假定 LoS 始终可用、只考虑静态 URLLC 用户，或没有纳入业务特性；据此他们声明这是首个同时考虑异构业务特性与用户移动、并在障碍物存在下做轨迹规划的工作——这是作者的自我定位，读者可以自行判断。

做无人机通信、毫米波组网或 URLLC 与 eMBB 共存调度的人，可以从这里拿到一个可复用的建模套路：用几何区域表达 LoS 约束与用户位置不确定性，再用优先级把多目标拆成两阶段；做轨迹优化的读者也能看到“最小位移”作为次要目标如何自然地进入算法。需要提醒的是，这份材料给出的是问题设定、算法框架和定性的仿真结论，没有可供核对的数值表，系统模型与仿真设置的细节也在正文截断处止步。因此它更适合当作思路参照，而不是可以直接复现的参数来源。

arXiv:2504.00689v1 [cs.NI] 1 Apr 2025 Geometry Based UA V Trajectory Planning for Mixed User Traffic in mmWave Communication Sk Abid Hasan, Lakshmikanta Sau, and Sasthi C. Ghosh Advanced Computing & Microelectronics Unit Indian Statistical Institute, Kolkata 700108, India Emails: [email protected], lakshmikanta_r@i sical.ac.in, [email protected] Abstract—Unmanned aerial vehicle (UA V) assisted communi- cation is a revolutionary technology that has been recently pre- sented as a potential candidate for beyond fifth-generation mil- limeter wave (mmWave) communications. Although mmWaves can offer a notably high data rate, their high penetration an d propagation losses mean that line of sight (LoS) is necessar y for effective communication. Due to the presence of obstacl es and user mobility, UA V trajectory planning plays a crucial r ole in improving system performance.