无人机中继系统的调度、轨迹和功率的联合优化方法技术方案

本公开提供了无人机中继系统的调度、轨迹和功率的联合优化方法，该方法包括：步骤1：建立无人机中继系统的系统模型；步骤2：基于系统模型，联合优化调度、无人机轨迹和功率分配，使系统吞吐量最大化。本公开提供的无人机中继系统的调度、轨迹和功率的联合优化方法，通过联合调度分配、功率分配和轨迹优化最大化无人机中继系统的吞吐量；通过快坐标下降法连续凸优化，提供了一种有效的迭代算法并保证算法收敛，支持多发射端和多用户端，有效延长通信时间，提高了无人机中继系统的可靠性，增大通信系统容量。系统容量。系统容量。

【技术实现步骤摘要】
无人机中继系统的调度、轨迹和功率的联合优化方法


[0001]本公开涉及无线通信
，尤其涉及无人机中继系统的调度、轨迹和功率的联合优化方法。

技术介绍

[0002]随着5G通信的发展，无人机作为辅助通信的设备应用在通信领域。在一些特殊的场景如遭遇暴风雨雪、地震等灾害中，一些区域基础的通信基站被破坏，无人机可以利用其低功耗，机动性强的特点，帮助通信受损地区建立通信链路，恢复通信。
[0003]一般来说，无人机可用作三种典型方式：1、静态无人机基站；2、无人机信息采集与发布；3、无人机中继。例如在发生地震、飓风等自然灾害后，当地的通信基础设施遭到破坏无法正常工作，外界继续与受灾地区联系，无人机可以作为中继连接灾区与外界的通信。如若无人机在受灾地区的空中作为一个静态基站，可以减少一部分通信盲区，但是静态无人机基站缺乏灵活性，不能够利用无人机可灵活部署这一特点提高吞吐量。如若部署单个无人机，可以改善静态无人机的局限性，灵活安排飞行路线和功率配置，可以根据用户的需求提高通信的吞吐量。受灾地区的多用户的需求量大，单个无人机无法照顾到众多用户的通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.无人机中继系统的调度、轨迹和功率的联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立无人机中继系统的系统模型；步骤2：基于系统模型，联合优化调度、无人机轨迹和功率分配，使系统吞吐量最大化；其中，步骤1包括以下步骤：步骤1.1：求无人机中继系统的移动约束、功率约束、平均功率约束和峰值功率约束：无人机中继系统的无人机个数为M，表示为集合M=｛1,
…
,M｝，发射端表示为集合S=｛1,
…
,S｝，用户端表示为K=｛1,
…
,K｝，设发射端和用户端的坐标都位于地面，发射端的坐标为W
s
=[x
s
(t),y
s
(t),0]
T
，用户端的坐标为W
k
=[x
k
(t),y
k
(t),0]
T
，无人机m在t时刻的坐标q
m
=[x
m
(t),y
m
(t),h
m
(t)]
T
；设每架无人机飞行的时间为N
f
，则整个无人机中继系统的通信时间为(M+1)N
f
/2；设定在时隙(m
‑
1)N
f
/2+1到时隙mN
f
/2，发射端向无人机m传输数据，在时隙mN
f
/2+1到时隙(m+1)N
f
/2，无人机m向用户端转发数据，由此得到移动约束如下，其中，q
0,m
表示无人机m的起始位置，q
f,m
表示无人机m的终点位置，V表示无人机的飞行速度，n表示时隙，q
m
[n]表示在时隙n内无人机m的轨迹，q
j
[n]表示在时隙n内无人机j的轨迹，d表示在飞行中无人机m与无人机j之间相距的最小距离；功率约束为：其中，P
s
[n]表示在时隙n内发射端的功率，P
m
[n]表示在时隙n内无人机的功率；平均功率约束和峰值功率约束分别为：
其中，为发射端的平均功率；为无人机的平均功率;P
s,max
为发射端的峰值功率，P
m,max
为无人机的峰值功率；步骤1.2：求发射端向无人机m传输数据的通信速率和无人机m向第k个用户端转发数据的通信速率；设a
s,m
[n]表示时隙n内无人机m接收第s个发射端的数据，假设无人机最多能接收一个发射端的数据并且一个发射端只能向一个无人机发送数据，得到约束条件为，无人机m的信干噪比表示为，其中为第一个无人机的干扰项，此时无其他无人机的干扰，只受到发射端的干扰；为除了第一个无人机之外其他无人机的干扰项，其他无人机接收到了来自发射端与无人机的干扰；P
s
表示发射端的发射功率；σ2表示高斯白噪声，h
s,m
[n]表示发射端对无人机的信道增益，h
m,m
‑1[n]表示无人机之间的信道增益，h
s,m
[n]和h
m,m
‑1[n]的表达式分别如下，[n]的表达式分别如下，式中，ρ0为参考距离处的信道功率；W代表发射端所在的位置；在时隙n内，发射端向无人机传输数据的通信速率表达式如下：
其中，R
s,1
[n]表示发射端向第一个无人机传输数据的通信速率，R
s,m...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧晓琪，刘云召，杨孙昆，
申请(专利权)人：广东省新一代通信与网络创新研究院，
类型：发明
国别省市：