【技术实现步骤摘要】
正交频分多址无人机中继轨迹设计与资源分配方法和装置
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种正交频分多址无人机中继轨迹设计与资源分配方法和装置。
技术介绍
无人机作为一种新兴的设备，得到了广泛的应用。最近，将无人机用做中继以提供可靠的无线连接吸引了许多注意力。相比于传统的静态中继，无人机中继具有高的可移动性，因而可以根据环境动态调整无人机中继的位置，从而提升链路质量。目前已有的关于无人机中继网络的方案大致可以分为两类。一类考虑了简化的网络，其中无人机仅为一个用户终端作中继；另一类考虑无人机为多个用户终端作为中继，且传输过程中只使用了一个载波。这些方案中没有较好的无人机轨迹以及资源分配方法，各个用户终端之间的资源分配不够合理。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种正交频分多址无人机中继轨迹设计与资源分配方法和装置，旨在通过采用正交频分多址技术的无人机中继网络，并对其中的无人机轨迹合资源分配进行优化，达到较好的资源分配效果。为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：第一方面，本专...
【技术保护点】
1.一种正交频分多址无人机中的继轨迹设计与资源分配方法，其特征在于，应用于基站，所述方法包括：/n步骤1：获取初始化参数和计算参数，所述计算参数至少包括每个用户终端的位置和最大发射功率、无人机的初始位置和最大发射功率、用户终端数目、噪声方差、基站高度和信道参量；/n步骤2：根据所述初始化参数，对无人机轨迹、每个用户终端的每个时隙的通信模式和子信道分配以及每个时隙的功率分配进行初始化，并根据所述计算参数中的第一计算参数组，使用通信模式和子信道分配优化算法，对每个用户终端的每个时隙的通信模式和子信道分配进行优化，得到优化后的每个用户终端的每个时隙的通信模式和子信道分配，其中，功...
【技术特征摘要】
1.一种正交频分多址无人机中的继轨迹设计与资源分配方法，其特征在于，应用于基站，所述方法包括：
步骤1：获取初始化参数和计算参数，所述计算参数至少包括每个用户终端的位置和最大发射功率、无人机的初始位置和最大发射功率、用户终端数目、噪声方差、基站高度和信道参量；
步骤2：根据所述初始化参数，对无人机轨迹、每个用户终端的每个时隙的通信模式和子信道分配以及每个时隙的功率分配进行初始化，并根据所述计算参数中的第一计算参数组，使用通信模式和子信道分配优化算法，对每个用户终端的每个时隙的通信模式和子信道分配进行优化，得到优化后的每个用户终端的每个时隙的通信模式和子信道分配，其中，功率分配包括每个时隙的每个用户终端在各子信道上的发射功率分配和无人机在各子信道上的发射功率分配；
步骤3：根据所述优化后的每个用户终端的每个时隙的通信模式和子信道分配、初始化后的每个时隙的功率分配和无人机轨迹以及所述计算参数中的第二计算参数组，使用轨迹优化算法，对所述无人机轨迹进行优化，得到优化后的无人机轨迹；
步骤4：根据所述优化后的每个用户终端的通信模式和子信道分配、初始化后的每个时隙的功率分配、所述优化后的无人机轨迹以及计算参数中的第三计算参数组，使用功率优化算法，对所述功率分配进行优化，得到优化后的每个时隙的功率分配；
步骤5：根据优化后的无人机轨迹、每个用户终端的每个时隙的通信模式和子信道分配、每个时隙的功率分配以及所述计算参数，计算得到第一目标函数值，并判断所述第一目标函数值是否收敛，若不收敛，则根据所述优化后的每个用户终端的每个时隙的通信模式和子信道分配、所述优化后的无人机轨迹和所述优化后的每个时隙的功率分配，对所述初始化参数进行更新，并返回步骤2，直至计算得到的第一目标函数值收敛，将最后一次计算得到的优化后的每个用户终端的每个时隙的通信模式和子信道分配、优化后的无人机轨迹和优化后的每个时隙的功率分配，确定为最终结果并输出，所述第一目标函数值为各个用户终端的传输速率的对数之和。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对每个用户终端的每个时隙的通信模式和子信道分配进行优化，得到优化后的每个用户终端的每个时隙的通信模式和子信道分配的步骤，包括：
令所述时隙数目为T,令t分别取值1到T,利用MSMA算法获取第t个时隙的通信模式和子信道分配；
其中，利用MSMA算法获取第t个时隙的通信模式和子信道分配，包括：
子步骤1：根据所述初始化参数，初始化第t个时隙的每个用户终端的子信道分配和通信模式，并根据初始化后的每个用户终端的子信道分配和通信模式构造相应的匹配，存储在变量Ψ中；
子步骤2：将表示子信道编号的变量k初始化为1，子信道数目为K；
子步骤3：考察除子信道k之外的子信道，根据第一预设规则，寻找用于交换匹配的子信道k′；若寻找到子信道k′满足第一预设规则，则进行子信道交换操作，直至没有子信道k′满足第一预设规则，所述子信道交换操作为与子信道k匹配的用户终端和通信模式组成的二元有序组与子信道k′匹配的用户终端和通信模式组成的二元有序组相互交换子信道；
子步骤4：如果k<K，那么令k＝k+1，并返回子步骤3，否则，执行子步骤5；
子步骤5：如果在本次迭代中没有进行任何交换操作，那么迭代终止；否则，返回子步骤2；
子步骤6：根据交换操作完成后得到的变量Ψ，得到优化后的每个用户终端在t时隙的子信道分配和通信模式。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据第一预设规则，寻找用于交换匹配的子信道k′，包括：
利用初始化后的每个时隙的功率分配、无人机轨迹1至t-1时隙的优化后的子信道分配和通信模式以及计算参数中的第一计算参数组，计算出v∈{k，k′，Ψ(k)，Ψ(k′)}从Ψ(v)以及处获得的效用；其中，v为子信道或者用户终端和通信模式组成的二元有序组；
判断子信道k′是否满足第一预设规则，若子信道k′满足第一预设规则，则将子信道k′确定为用于交换匹配的子信道；
其中，第一预设规则为：
对于{k，k′，Ψ(k)，Ψ(k′)}中的每一个元素v而言，其在Ψ(v)处获得的效用不大于其在处获得的效用；
{Ψ(k)，Ψ(k′)}中存在v，其在Ψ(v)处获得的效用小于其在处获得的效用；
交换匹配对应的通信模式和子信道分配满足：每一个用户终端在时隙t的发射功率都不大于最大发射功率对每一个链路而言，在分配给该链路的每一个子信道上的接收信噪比都不低于最低门限；
包含(k，k′)和(Ψ(k)，Ψ(k′))的交换操作在本次循环中没有被执行过。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用户终端对所述无人机轨迹进行优化，得到优化后的无人机轨迹，包括：
令s＝1，根据所述初始化后的无人机的高度；
利用优化后的每个用户终端的每个时隙的通信模式和子信道分配、初始化后的功率分配以及计算参数中的第二计算参数组，构造第二目标函数和第二约束函数；
将所述初始化后的无人机水平位置、所述第二目标函数、所述第二约束函数输入连续凸规划算法，求解得到优化后的无人机的水平位置和
令t分别取2到T，对于时隙t而言，利用优化后的每个用户终端的通信模式和子信道分配、初始化后的功率分配、优化后的无人机水平位置、优化后的前t-1个时隙的无人机高度以及所述计算参数中的第二计算参数组，构造第三目标函数和第三约束函数；
将初始化后的无人机在时隙t的高度、所述第三目标函数、所述第三约束函数输入连续凸规划算法，求解得到优化后的无人机的高度
利用优化后的无人机水平位置以及高度计算出对应的第四目标函数值，并判断第四目标函数值是否收敛，若不收敛，令s＝s+1，用优化后的无人机水平位置和高度更新其初始化值，并重新优化所有的时隙的无人机的高度值和水平位置，直到计算得到的第四目标函数值收敛，得到优化后的无人机轨迹，所述第四目标函数值为各个用户终端的传输速率的对数之和。
5.一种正交频分多址无人机中的继轨迹设计与资源分配装置，其特征在于，应用于基站，所述装置包括：
获得模块，用于获取初始化参数和计算参数，所述计算参数至少包括每个用户终端的位置和最大发射功率、无人机的初始位置和最大发射功率、用户终端数目、噪声方差、基站高度和信道参量；
通信模式和子信道分配优化模块，用于根据所述初始化...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋令阳，曾书豪，张泓亮，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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