1.基于无人机中继网络的最佳高度与位置的联合优化方法,其特征在于,以无人机作为中继节点构成中继网络,分别在各通信时隙中,对从用户到无人机以及无人机到基站两条通信链路进行优化,以确定无人机的最佳中继高度和最佳水平位置;具体步骤如下:步骤A,基于待接入无人机中继网络中的用户,获得该用户所分配信道的状态信息;
步骤B,基于所述状态信息,计算用户接入无人机中继网络通信过程中产生的总损耗;
步骤C,对所述中继网络中无人机的最佳中继高度与最佳水平位置进行搜索计算,找到使得两条链路通信时产生损耗最小的位置放置无人机进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的基于无人机中继网络的最佳高度与位置的联合优化方法,其特征在于,所述步骤A中,所述信道的状态信息为无人机中继网络中用户所分配的通信链路的信道属性,所述信道属性包括视距传输损耗,非视距传输损耗及其分别对应的概率。
3.根据权利要求1或2所述的基于无人机中继网络的最佳高度与位置的联合优化方法,其特征在于,获得所述信道的状态信息的方法为:分别针对用户到无人机中继节点,以及无人机中继节点到基站两条通信链路,由下述公式得到所述信道的状态信息:PNLOS=1-PLOS
其中,PLLOS、PLNLOS分别表示视距传输损耗和非视距传输损耗,PLOS和PNLOS分别表示视距传播和非视距传播的概率;c为光速,f为载波频率,d为每条链路对应传输距离,ηLOS和ηNLOS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,α和β是与环境有关的常数,θ表示无人机相对地面节点产生的俯仰角。
4.根据权利要求1所述的基于无人机中继网络的最佳高度与位置的联合优化方法,其特征在于,所述步骤B中,获得用户接入无人机中继网络通信过程中产生的总损耗的方法为:基于所述状态信息,分别计算通信过程中每条链路上各自产生的视距传播损耗和非视距传播损耗;获得所述用户在每条链路通信传输过程中产生的损耗,进而获得用户接入无人机中继网络通信过程中所产生的总损耗。
5.根据权利要求1或4所述的基于无人机中继网络的最佳高度与位置的联合优化方法,其特征在于,所述用户接入无人机中继网络通信过程中所产生的总损耗根据如下公式得到:PL=PLLOSPLOS+PLNLOSPNLOS
其中,
其中,PL表示由视距传输损耗与非视距传输损耗组成的链路损耗,分别对各条通信链路,以概率PLOS取到PLLOS,以概率PNLOS取到PLNLOS,求得各通信链路所对应的视距传输损耗与非视距传输损耗,获得用户到无人机中继节点传输过程中的总损耗PL1,以及无人机中继节点到基站传输过程中的总损耗PL2;r1是用户到无人机的水平距离,r2是无人机到基站的水平距离,(α1,β1)是用户节点的环境参数;(α2,β2)是基站节点的环境参数; 为用户与无人机通信过程中的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,为无人机与基站通信过程中的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,所述额外传播损耗的值与环境参数有关;θ1与θ2分别为无人机相对用户和基站两节点产生的俯仰角。
6.根据权利要求1所述的基于无人机中继网络的最佳高度与位置的联合优化方法,其特征在于,所述步骤C中,对所述中继网络中无人机的最佳中继高度与最佳水平位置进行搜索计算,找到使得两条链路通信时产生损耗最小的位置进行数据传输,所述损耗最小的位置根据如下公式得到:对链路损耗PL进行单位换算:
PL(dB)=10logPL'
PL'=10(PL/10)
优化问题为:
min PL总=PL'1+PL'2
s.t.r1+r2=L
将约束条件代入优化问题,并对变量h和r1求偏导,令偏导等于零,得到如下方程组:所述方程组的解(h,r1)即为在所述无人机中继网络通信过程中损耗最小的位置,选择该位置作为无人机的放置点,与用户和基站进行数据传输;其中,PL'为经过单位换算后的链路损耗;L为用户到基站的水平距离;r1为用户到无人机的水平距离,h为无人机离地面的高度;min表示最小化,s.t.表示约束条件,PL总表示无人机中继网络的总损耗。