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专利号: 2019104244417
申请人: 电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种无人机辅助反向散射通信系统设计方法,其特征在于,所述无人机辅助反向散射通信系统由多个地面射频激励源、多个地面反向散射设备和一个无人机组成;其中,所述每个地面射频激励源具有1根发射天线用于发射射频信号,射频信号能够给反向散射设备提供载波和能量;

所述每个地面反向散射设备具有1根天线,将接收到射频信号的一部分用于能量收集,另一部分用于反射,地面反向散射设备将自身数据调制到用于反射的信号上然后反射给无人机;

所述无人机装备有用于通信的芯片、器件或设备,无人机具有1根接收天线可以收到地面反向散射设备反射的信号,然后对其解调获取地面设备的数据;

无人机在空中飞行期间和不同的地面反向散射设备通过时分复用的接入方式进行通信,无人机在飞行过程中与地面反向散射设备的传输协议为:S11:地面射频激励源发射射频信号;

S12:未与无人机通信的地面反向设备处于能量收集模式,通过接收地面射频激励源发射的信号收集能量,不进行反向散射;

S13.与无人机建立通信的地面反向散射设备将接收到的一部分信号用于能量收集,将另一部分信号当作载波经调制后进行反向散射;

S14.无人机逐个与地面反向散射设备进行通信,解码并收集其数据信息;

S15.在任务结束后,无人机回到终点。

2.根据权利要求1所述的一种无人机辅助反向散射通信系统设计方法,其特征在于,所述地面射频激励源为有源设备,位置分布是任意的,发射功率不能超过设定峰值Pmax且可被优化。

3.根据权利要求1或2所述的一种无人机辅助反向散射通信系统设计方法,其特征在于,所述地面反向散射设备是无源设备,位置分布是任意的,在任务周期内反向散射设备收集到的能量必须满足系统设定的最低能量要求Emin。

4.根据权利要求3所述的一种无人机辅助反向散射通信系统设计方法,其特征在于,所述地面反向散射设备进行能量收集时存在一个已知的能量转换效率η;而在进行信号反射时,其功率反射系数可在资源分配中被优化。

5.根据权利要求4所述的一种无人机辅助反向散射通信系统设计方法,其特征在于,所述无人机以时分多址接入的方式逐个接入无人机,且在一个任务周期内每个反向散射设备的上行吞吐量必须保证其最低要求Qmin。

6.根据权利要求1所述的一种无人机辅助反向散射通信系统设计方法,其特征在于,还包括无人机路径设计和系统资源分配方法,设定优化目标为最大化系统的能量效率EE,联合优化地面反向散射设备到无人机的接入矩阵 反向散射设备的功率反射系数 激励源的发射功率分配P、以及无人机的飞行路径Q,建立如下优化问题:q(0)=q(N).  公式(6i)

其中,公式(6b)是每个反向散射设备的最小吞吐量 约束,公式(6c)是每个反向散射设备的最低收集能量 约束,公式(6d)是确保任何时刻只有一个地面反向散射接入无人机的约束,公式(6e)是接入指示变量的0/1取值约束,公式(6f)是每个射频激励源的最大发送功率Pmax约束,公式(6g)是每个反向散射设备的功率反射系数的取值范围约束,公式(6h)是无人机飞行的最大速度Vmax限制,且公式(6i)是无人机完成任务后飞回起始点的约束;

N为运行周期T离散后的时隙数,每个时隙的长度为Ts=T/N,M是地面射频激励源数量,k是指k个反向散射设备, 表示与第m个地面射频激励源配对的地面反向散射设备的集合,二进制变量am,k(n)∈[0,1]表示在第n个时隙与第m个激励源配对的第k个反向散射设备是否和无人机建立通信链路,其中am,k(n)=1表示其与无人机正进行通信,否则am,k(n)=0,βm,k为第k个反向散射设备到其相配对的第m个激励源的信道增益,β0是无线信道在单位距离上的路径损耗常数,um和wk分别表示第m个激励源和第k个反向散射设备和无人机在二维平面上的位置,Pm(n)表示第m个激励源的发射功率,bm,k(n)表示在时隙n内与第m个激励源配对的第k个反向散射设备的功率反射系数,H为无人机飞行的固定高度,q(n)表示无人机在时隙n内的中心位置,σ2为UAV信号接收机处的加性高斯白噪声的功率,V(n)为无人机的飞行速度,P0, Pi,v0,d0,θ,s以及A为无人机能量消耗模型中的固定参数,η为地面反向散射设备的能量收集效率。