无人机通信系统及基于神经网络的资源分配策略预测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于神经网络的资源分配策略预测方法，包括以下步骤：一、无人机无线通信基站和用户下行传输系统的搭建；二、无人机无线通信基站和用户位置的获取；三、确定通信资源分配策略对应的评价指标并获取通信资源分配策略对应的评价指标的权重；四、无人机无线通信基站的最优通信资源分配策略的获取；五、训练数据的获取；六、LSTM神经网络模型的建立及训练；七、无人机无线通信基站的通信资源分配策略的预测。本发明专利技术方法步骤简单，设计合理，实现了无人机无线通信基站功率、带宽资源分配预测，实现了最大化通信系统吞吐量并满足资源分配的公平性。资源分配的公平性。资源分配的公平性。

【技术实现步骤摘要】
无人机通信系统及基于神经网络的资源分配策略预测方法


[0001]本专利技术属于无人机无线通信基站和用户通信
，尤其是涉及一种无人机通信系统及基于神经网络的资源分配策略预测方法。

技术介绍

[0002]在当前5G移动通信中，无人机搭载无线通信基站作为空中接入节点辅助地面通信成为一种有前途的解决方案，因此，对无人机无线通信基站进行有效的功率和带宽资源分配，以在有限的通信资源条件下提升通信系统性能。因此，需要对无人机基站通信资源动态分配策略进行预测优化，确保提升通信系统性能。
[0003]现有的无人机无线通信基站一般为固定的通信资源分配，并未从无人机无线通信基站和多个用户层面去进行研究。因此，现如今缺少一种基于神经网络的资源分配策略预测方法，实现了无人机无线通信基站功率、带宽资源分配预测，实现了最大化通信系统吞吐量并满足资源分配的公平性。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于神经网络的资源分配策略预测方法，其方法步骤简单，设计合理，实现了无人机无线通信基站功率、带宽资源分配预测，实现了最大化通信系统吞吐量并满足资源分配的公平性。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于神经网络的资源分配策略预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0006]步骤一、无人机无线通信基站和用户下行传输系统的搭建：
[0007]步骤101、设定地面区域中存在N个用户；
[0008]步骤102、设定在地面区域的上空存在无人机，在无人机上搭建无线通信基站，并记作无人机无线通信基站；其中，无人机无线通信基站相对地面区域的高度为h；
[0009]步骤二、无人机无线通信基站和用户位置的获取：
[0010]步骤201、建立三维直角位置坐标系OXYZ；其中，OXY平面和地面区域重合，OZ轴垂直地面区域指向天；
[0011]步骤202、在三维直角位置坐标系OXYZ下，获取第t个时刻第n个用户的位置坐标其中，n和N均为正整数，且1≤n≤N，地面区域位于OXY平面的第一象限，且原点O和地面区域的左下角重合，t为正整数；
[0012]步骤203、在三维直角位置坐标系OXYZ下，获取第t个时刻无人机无线通信基站的位置坐标u
U
(t)；
[0013]步骤204、根据第t个时刻第n个用户的位置坐标和第t个时刻无人机无线通信基站的位置坐标u
U
(t)，获取第t个时刻无人机无线通信基站到用户n的直线距离d
n
(t)；
[0014]步骤三、确定通信资源分配策略对应的评价指标并获取通信资源分配策略对应的评价指标的权重：
[0015]步骤301、在第t个时刻时，设定无人机无线通信基站的各个通信资源分配策略；其中，第t个时刻时无人机无线通信基站的通信资源分配策略的总数为I个，第t个时刻时第i个通信资源分配策略包括第t个时刻时第i个通信资源分配策略中无人机无线通信基站对用户n的发射功率P
n
(i,t)和第t个时刻第i个通信资源分配策略中无人机无线通信基站对用户n的带宽分配B
n
(i,t)；
[0016]步骤302、确定无人机无线通信基站的各个通信资源分配策略对应的评价指标为通信系统的公平指数和用户数据传输的吞吐量；
[0017]步骤303、采用计算机建立评价指标判断矩阵A，则评价指标判断矩阵A为其中，a
11
＝a
12
＝1，a
12
和a
21
互为倒数，且a
12
表示通信系统的公平指数评价指标权重相对用户数据传输的吞吐量评价指标权重的比例度，a
21
表示用户数据传输的吞吐量评价指标权重相对通信系统的公平指数评价指标权重的比例度；
[0018]步骤304、采用计算机获取判断矩阵A的最大特征值所对应的归一化特征向量为权重向量W＝(w1,w2)
T
，则w1为通信资源分配策对应的通信系统的公平指数评价指标的权重，则w2为通信资源分配策对应的用户数据传输的吞吐量评价指标的权重；
[0019]步骤四、无人机无线通信基站的最优通信资源分配策略的获取：
[0020]步骤401、采用计算机获取无人机无线通信基站的各个通信资源分配策略下通信系统的公平指数和用户数据传输的吞吐量；
[0021]步骤402、采用计算机从各个通信资源分配策略下对应的各个通信系统的公平指数和用户数据传输的吞吐量，得到各个通信系统的公平指数和用户数据传输的吞吐量的最优值，并将通信系统的公平指数的最优值记作y
01
，用户数据传输的吞吐量的最优值记作y
02
；
[0022]步骤403、采用计算机根据公式得到第i个通信资源分配策略下通信系统的公平指数的无量纲值x
i1
；采用计算机根据公式得到第i个通信资源分配策略下用户数据传输的吞吐量的无量纲值x
i2
；其中，i为正整数，且1≤i≤I，y
i1
表示第t个时刻第i个通信资源分配策略下通信系统的公平指数，y
i2
表示第t个时刻第i个通信资源分配策略下用户数据传输的吞吐量；
[0023]步骤404、采用计算机构造评价指标数据矩阵
[0024]步骤405、采用计算机根据公式得到第i个通信资源分配策略下通信系统的公平指数评价指标对于通信系统的公平指数的最优值的灰色关联度r
i1
；其中，ζ表示分辨系数，且0＜ζ＜1；
[0025]采用计算机根据公式得到第i个通信资源分配策略下用户数据传输的吞吐量评价指标对于用户数据传输的吞吐量的最优值的灰色关联度r
i2
；
[0026]步骤406、采用计算机根据第i个通信资源分配策略下r
i1
和r
i2
，得到评价矩阵R，如下式：
[0027]步骤407、采用计算机根据公式G＝W
T
×
R
T
，得到灰色关联度向量G，采用计算机设定灰色关联度向量G为G＝(g1,g2,...g
i
,...g
I
)，且g
i
＝w1×
r
i1
+w2×
r
i2
，g
i
表示第t个时刻第i个通信资源分配策略与评价指标最优值的灰色关联度，并将g1,g2,...g
i
,...g
I
按照从小到大顺序进行排序，则g
max
所对应的通信资源分配策略为第t个时刻的最优通信资源分配策略；其中，T表示转置；
[0028]步骤五、训练数据的获取：
[0029]在无人机无线通信基站和N个用户移动过程中，获取第T个时刻N个用户的位置坐标、无本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于神经网络的资源分配策略预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、无人机无线通信基站和用户下行传输系统的搭建：步骤101、设定地面区域中存在N个用户；步骤102、设定在地面区域的上空存在无人机，在无人机上搭建无线通信基站，并记作无人机无线通信基站；其中，无人机无线通信基站相对地面区域的高度为h；步骤二、无人机无线通信基站和用户位置的获取：步骤201、建立三维直角位置坐标系OXYZ；其中，OXY平面和地面区域重合，OZ轴垂直地面区域指向天；步骤202、在三维直角位置坐标系OXYZ下，获取第t个时刻第n个用户的位置坐标其中，n和N均为正整数，且1≤n≤N，地面区域位于OXY平面的第一象限，且原点O和地面区域的左下角重合，t为正整数；步骤203、在三维直角位置坐标系OXYZ下，获取第t个时刻无人机无线通信基站的位置坐标u
U
(t)；步骤204、根据第t个时刻第n个用户的位置坐标和第t个时刻无人机无线通信基站的位置坐标u
U
(t)，获取第t个时刻无人机无线通信基站到用户n的直线距离d
n
(t)；步骤三、确定通信资源分配策略对应的评价指标并获取通信资源分配策略对应的评价指标的权重：步骤301、在第t个时刻时，设定无人机无线通信基站的各个通信资源分配策略；其中，第t个时刻时无人机无线通信基站的通信资源分配策略的总数为I个，第t个时刻时第i个通信资源分配策略包括第t个时刻时第i个通信资源分配策略中无人机无线通信基站对用户n的发射功率P
n
(i,t)和第t个时刻第i个通信资源分配策略中无人机无线通信基站对用户n的带宽分配B
n
(i,t)；步骤302、确定无人机无线通信基站的各个通信资源分配策略对应的评价指标为通信系统的公平指数和用户数据传输的吞吐量；步骤303、采用计算机建立评价指标判断矩阵A，则评价指标判断矩阵A为其中，a
11
＝a
12
＝1，a
12
和a
21
互为倒数，且a
12
表示通信系统的公平指数评价指标权重相对用户数据传输的吞吐量评价指标权重的比例度，a
21
表示用户数据传输的吞吐量评价指标权重相对通信系统的公平指数评价指标权重的比例度；步骤304、采用计算机获取判断矩阵A的最大特征值所对应的归一化特征向量为权重向量W＝(w1,w2)
T
，则w1为通信资源分配策对应的通信系统的公平指数评价指标的权重，则w2为通信资源分配策对应的用户数据传输的吞吐量评价指标的权重；步骤四、无人机无线通信基站的最优通信资源分配策略的获取：步骤401、采用计算机获取无人机无线通信基站的各个通信资源分配策略下通信系统的公平指数和用户数据传输的吞吐量；步骤402、采用计算机从各个通信资源分配策略下对应的各个通信系统的公平指数和用户数据传输的吞吐量，得到各个通信系统的公平指数和用户数据传输的吞吐量的最优值，并将通信系统的公平指数的最优值记作y
01
，用户数据传输的吞吐量的最优值记作y
02
；
步骤403、采用计算机根据公式得到第i个通信资源分配策略下通信系统的公平指数的无量纲值x
i1
；采用计算机根据公式得到第i个通信资源分配策略下用户数据传输的吞吐量的无量纲值x
i2
；其中，i为正整数，且1≤i≤I，y
i1
表示第t个时刻第i个通信资源分配策略下通信系统的公平指数，y
i2
表示第t个时刻第i个通信资源分配策略下用户数据传输的吞吐量；步骤404、采用计算机构造评价指标数据矩阵步骤405、采用计算机根据公式得到第i个通信资源分配策略下通信系统的公平指数评价指标对于通信系统的公平指数的最优值的灰色关联度r
i1
；其中，ζ表示分辨系数，且0＜ζ＜1；采用计算机根据公式得到第i个通信资源分配策略下用户数据传输的吞吐量评价指标对于用户数据传输的吞吐量的最优值的灰色关联度r
i2
；步骤406、采用计算机根据第i个通信资源分配策略下r
i1
和r
i2
，得到评价矩阵R，如下式：步骤407、采用计算机根据公式G＝W
T
×
R
T
，得到灰色关联度向量G，采用计算机设定灰色关联度向量G为G＝(g1,g2,
…
g
i
,...g
I
)，且g
i
＝w1×
r
i1
+w2×
r<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新文，
申请(专利权)人：中国通信建设第四工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：