联合自由空间激光回程和能量传输的多播无人机通信系统技术方案

本发明专利技术公开了一种联合自由空间激光回程和能量传输的多播无人机通信系统。该系统包括无人机和光传输基站，其中无人机设有自由空间激光FSO接收机和射频发射机，通过光传输基站在自由空间激光FSO链路为无人机同时供能和提供回程链路，并以最大化光传输基站的能量效率为目标确定光传输基站的发射功率和功率分配比，该功率分配比用于指示无人机获得的功率和用于解码回程链路信息所用功率之间的分配。本发明专利技术能够有效优化系统级能量效率，在FSO链路功率最大化和多播数据传输速率最大化之间实现适当的功率和速率的折衷。

【技术实现步骤摘要】
联合自由空间激光回程和能量传输的多播无人机通信系统
本专利技术涉及无人机
，更具体地，涉及一种联合自由空间激光回程和能量传输的多播无人机通信系统。
技术介绍
无人机(UAV)的快速增长为无线通信带来了广阔的应用前景。无人机辅助无线通信虽然具有吸引力，但其可行性仍面临着严峻的挑战。一方面，由于机载电池能量有限，无人机的任务时间受到了严重限制。太阳能收集技术可以用来延长无人机的电池寿命，但间歇性的太阳能利用率又限制了无人机的实际使用。另一方面，为无人机建立可靠的无线回程链路也很困难。从地面基站(Basestation，BS)到无人机的传统射频(RF)的无线回程传输可能会受到来自同频道地面传输的严重干扰，反之亦然。自由空间激光(FSO)传输技术有望解决上述两个挑战。由于窄光束具有很强的能量集中性，因此FSO光束能够在远距离向无人机提供高功率(例如数百瓦)的能量。通过利用未授权的太赫兹大带宽，FSO链路能实现高速数据速率，而且不会干扰无人机的射频通信。在现有研究中，只根据简化了的视距(lineofsight，LoS)空地(Airt本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种联合自由空间激光回程和能量传输的多播无人机通信系统，包括无人机和光传输基站，其特征在于，该无人机设有自由空间激光FSO接收机和射频发射机，通过光传输基站在自由空间激光FSO链路为无人机同时供能和提供回程链路，并以最大化光传输基站的能量效率为目标确定光传输基站的发射功率和功率分配比，该功率分配比用于指示无人机获得的功率和用于解码回程链路信息所用功率之间的分配。/n

【技术特征摘要】
1.一种联合自由空间激光回程和能量传输的多播无人机通信系统，包括无人机和光传输基站，其特征在于，该无人机设有自由空间激光FSO接收机和射频发射机，通过光传输基站在自由空间激光FSO链路为无人机同时供能和提供回程链路，并以最大化光传输基站的能量效率为目标确定光传输基站的发射功率和功率分配比，该功率分配比用于指示无人机获得的功率和用于解码回程链路信息所用功率之间的分配。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，对于所述无人机的下行射频多播传输，在半径r∈[0，R0]处的地面用户获得的平均传输速率表示为：



其中，B是射频链路的带宽，的单位是比特/秒，PL(r)表示采用视距传输的概率，PN(r)表示采用非视距传输的概率，表示在视距链路上收到的信噪比，表示在非视距链路上收到的信噪比，αL表示视距信道路径损耗指数，αN表示非视距信道路径损耗指数，HU表示无人机的高度，PU∈[0，Pmax]表示无人机的发射功率，Pmax表示无人机的允许的最大发射功率，地面用户的集合是在φ(o，R0)的区域内按照密度λG＞0的同构PPPΨ(λG)分布。


3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，对于边缘地面用户，获得的平均下行链路传输速率表示为：



其中，Redge是半径，Redge的概率密度函数为是地面用户获得的平均传输速率的近似值，表示为


4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在无人机受FSO回程率FBR约束和无人机FSO能量收集FPH约束下，通过联合优化光传输基站的发射功率PF，功率分配比ρ，无人机的高度HU和发射功率PU实现最大化光传输基站的能量效率EES，该优化问题P1表示为：
(P1)：
s.t.0≤ρ≤1，0≤PU≤Pmax，PF＞0
H0≤HU≤Hmax，FBR，FPH
其中，表示边缘地面用户处获得的平均下行链路传输速率，PF表示光传输基站的发射功率，ρ是功率分配比，HU表示无人机的高度，PU表示无人机的发射功率，Hmax表示无人机的最大高度，Pmax是无人机的允许的最大发射功率。


5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述FBR约束表示为：



其中，是无人机的接收噪声功率，β＞0是信噪比SNR间隙，ρ是功率分配比，PF表示光传输基站的发射功率，τ∈(...

【专利技术属性】
技术研发人员：车越岭，李易燊，罗胜，伍楷舜，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44