The invention relates to a joint beam and power allocation algorithm for 5G UAV communication, belonging to the communication field. Firstly, the communication architecture of UAV is constructed, and the millimeter-wave base station transmits the communication signal. Based on adaptive beamforming, the SINR of each UAV group is calculated, and the link capacity allocated by each UAV group is calculated separately. Finally, the objective function is solved to allocate the beam and beam power in millimeter wave band. The invention reduces the number of iterations, achieves the joint distribution of fast beam and power, guarantees the fairness of the UAV and enhances the system capacity.
【技术实现步骤摘要】
一种面对5G无人机通信联合波束与功率的分配算法
本专利技术属于通信领域,具体是一种面对5G无人机通信联合波束与功率的分配算法。
技术介绍
无人机作为移动通信设备具有体积小,可视通信面积大,移动性强等优点,能承担一定强度的业务,满足一定特殊区域(如地震、洪水等紧急情况)和特殊场景(重大体育赛事转播)的通信需求,因此被大量的应用在第五代移动通信5G场景中。目前针对无人机的研究主要集中在飞行控制以及图像防抖采集方面,对于无人机通信方面的研究,有相关文献定义了无人机的通信频段:基于802.11的WIFI通信制式以及LTE通信频段;导致研究场景主要局限于WIFI频段和LTE频段通信,对于无人机组网以及高频段通信的研究较为薄弱,并不能承载高速率高吞吐量等业务场景的需求,并且无法满足功率的高效利用。对于无人机通信资源和信道建模等方面也没有进行相关的研究,导致现有的无人机处于低速率不稳定的通信链路状态。对于现有的无人机组网以及信道容量研究,存在以下两个方面的技术提升空间。第一,目前对无人机机群通信频段的研究主要是基于802.11WIFI和LTE频段,计算信道容量主要依据业务的请求作为基站的无人机的通信频率。第二,对于无人机机群通信中的波束干扰没有进行有效的数学建模,导致信道容量计算时忽略了波束干扰这一因素带来的影响。随着第五代移动通信技术的发展,毫米波频段成为5G通信新空口(NewRadio),其大带宽高频点高吞吐量等特性为提供高速率的业务(全息投影,虚拟现实)带来新的提升。与此同时,毫米波具有视距传输的特性,抗阻挡能力弱,路径损耗较大,因此适用于视距传输的无人机间通信。 ...
【技术保护点】
1.一种面对5G无人机通信联合波束与功率的分配算法,其特征在于,具体步骤如下:步骤一、构建具有毫米波基站和K个小型无人机机群组的两层无人机通信架构;K个小型无人机机群组集合为:{1,2,...k,...K};针对第k个无人机群组中的所有小型无人机集合为:{1,2,...i,...Uk};步骤二、毫米波基站发送通信信号,基于自适应波束赋形,计算无人机机群组中每个小型无人机的信噪比SINR;针对第k个无人机群中第i个无人机的信噪比,计算公式如下:
【技术特征摘要】
1.一种面对5G无人机通信联合波束与功率的分配算法,其特征在于,具体步骤如下:步骤一、构建具有毫米波基站和K个小型无人机机群组的两层无人机通信架构;K个小型无人机机群组集合为:{1,2,...k,...K};针对第k个无人机群组中的所有小型无人机集合为:{1,2,...i,...Uk};步骤二、毫米波基站发送通信信号,基于自适应波束赋形,计算无人机机群组中每个小型无人机的信噪比SINR;针对第k个无人机群中第i个无人机的信噪比,计算公式如下:是波束b被分配给第k个无人机群组中第i个无人机时,波束b被分配的功率;是波束b被分配给第k个无人机群组中第i个小型无人机的信道增益;n是高斯白噪声;b∈B;B是基站无人机当前的多波束最大数量,且每一个波束服务一个小型无人机;步骤三、利用每个小型无人机的信噪比SINR,分别计算各自分配的链路容量;针对第k个无人机群中第i个无人机分配的链路容量,计算公式如下:步骤四、结合每个小型无人机的链路容量,构建约束条件和目标函数最大化通信架构的系统容量;目标函数表示K个无人机机群组的总容量,如下:约束条件如下:Uk是第k个无人机群中的所有无人机总数;表示该波束是否分给了第k个无人机群中第i个无人机;当值为1时,表示该波束分给了第k个无人机群中第i个无人机;当值为0时,表示该波束没有分给第k个无人机群中第i个无人机;C1表示每个波束被分配给无人机群组中某无人机时,波束被分配的功率为正数;C2表示某个无人机群组中所有无人机被分配的波束功率之和不超过功率上限Pmax;C3表示每个波束的唯一选择;C4表示每个波束只能服务于一个小型无人机;步骤五、遵循启发式二分迭代法求解目标函数,在毫米波频段对小型无人机群组进行波束和波束功率的资源分配;具体步骤如下:步骤501、采用拉格朗日乘子法对目标函数和约束...
【专利技术属性】
技术研发人员:张奇勋,冯志勇,郑婷婷,张轶凡,尉志青,黄赛,
申请(专利权)人:北京邮电大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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