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专利号: 2017102095052
申请人: 南京邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-04-27
缴费截止日期: 2026-04-30
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摘要:

权利要求书:

1.一种面向无人机中继网络的用户调度与功率分配联合优化方法,其特征在于:以无人机作为中继节点构成中继网络,分别在各个通信时隙中,执行如下步骤,选择最佳无线用户终端接入无人机中继网络,基于无人机中继节点,经两条通信链路与控制中心进行通信;

步骤A.分别针对各个待选无线用户终端,获得假设待选无线用户终端接入无人机中继网络中,该待选无线用户终端所获分配信道的状态信息;

步骤B.分别针对各个待选无线用户终端,基于待选无线用户终端假设接入无人机中继网络中,所获分配信道的状态信息,按两条通信链路,获得该待选无线用户终端所对应的总信道容量,进而获得各个待选无线用户终端分别假设接入无人机中继网络中所对应的总信道容量;

步骤C.选择最大总信道容量所对应的待选无线用户终端作为最佳无线用户终端,将最佳无线用户终端接入无人机中继网络进行通信。

2.根据权利要求1所述一种面向无人机中继网络的用户调度与功率分配联合优化方法,其特征在于,所述步骤A中,分别针对各个待选无线用户终端,假设待选无线用户终端接入无人机中继网络中,根据如下过程,获得该待选无线用户终端所获分配信道的状态信息;

分别针对待选无线用户终端S到无人机中继节点U,以及无人机中继节点U到控制中心C两条两条通信链路,分别根据如下公式:θ=tan-1(h/R)

P(NLOS)=1-P(LOS)

获得各条通信链路分别所对应的GLOS和GNLOS,然后分别针对各条通信链路,根据通信链路所对应的GLOS和GNLOS,以概率P(LOS)取到GLOS,以及以概率P(NLOS)取到GNLOS,求得通信链路的大尺度损耗系数,即获得待选无线用户终端S到无人机中继节点U之间的大尺度损耗因子Gsu,以及无人机中继节点U到控制中心C之间的大尺度损耗因子Guc;其中,c为光速,fc为载波频率,d为对应传输距离,GLOS和GNLOS分别表示视距传播LOS和非视距传播NLOS下的平均路径损耗,ζLOS和ζNLOS分别表示视距传播和非视距传播相对自由空间所带来的额外传播损耗,P(LOS)和P(NLOS)分别表示产生视距传播和非视距传播的概率,α和β是与环境有关的常数,θ表示无人机产生的俯仰角,R表示无人机在地面的覆盖范围;

同时,获得待选无线用户终端S到无人机中继节点U之间的小尺度衰落因子hsu,以及无人机中继节点U到控制中心C之间的小尺度衰落因子huc。

3.根据权利要求2所述一种面向无人机中继网络的用户调度与功率分配联合优化方法,其特征在于,所述步骤B中,分别针对各个待选无线用户终端,执行如下步骤,基于待选无线用户终端假设接入无人机中继网络中,所获分配信道的状态信息,按两条通信链路,获得该待选无线用户终端所对应的总信道容量,进而获得各个待选无线用户终端分别假设接入无人机中继网络中所对应的总信道容量;

如下公式所示:

Ps=|hsu|2GsuPsu

Pc=|huc|2GucPuc

其中,Ps表示待选无线用户终端S的信号功率,Pc表示控制中心C的信号功率,γ1表示待选无线用户终端S的信噪比,γ2表示控制中心C的信号功率,N0表示噪声功率谱密度;Psu表示待选无线用户终端S的发射功率,Puc表示无人机的发射功率;

根据如下香农公式:

其中,Csu表示待选无线用户终端S到无人机中继节点U通信链路的信道容量,Cuc表示无人机中继节点U到控制中心C通信链路的信道容量;

在AF机制下,基于待选无线用户终端S的发射功率Pt给定,优化问题转化为:s.t Psu+Puc=Pt

优化目标又可以转换为:

s.t Psu+Puc=Pt

构造拉格朗日函数L:

其中L(Psu,Puc,λ)表示拉格朗日乘子;

根据如下公式:

2

|hsu|Gsu=k1

|huc|2Guc=k2

求得待选无线用户终端S到无人机中继节点U通信链路的总衰落系数k1,以及无人机中继节点U到控制中心C通信链路的总衰落系数k2;

分别对各个自变量以及λ求偏导数并使其等于零,得乘子的表达式为进一步获得待选无线用户终端S的发射功率Psu,以及无人机的发射功率Puc:则待选无线用户终端S经过两条通信链路后所产生的总信道容量Ci为:其中,n表示待选无线用户终端的数量。

4.根据权利要求3所述一种面向无人机中继网络的用户调度与功率分配联合优化方法,其特征在于,所述步骤C中,根据如下公式:选择最大总信道容量所对应的待选无线用户终端作为最佳无线用户终端,将最佳无线用户终端接入无人机中继网络进行通信。