基于MCR-WPT的无人机协助WPCN的资源分配方法组成比例

本发明专利技术提出一种基于MCR

【技术实现步骤摘要】
基于MCR
‑
WPT的无人机协助WPCN的资源分配方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种基于MCR
‑
WPT的无人机协助WPCN的资源分配方法。

技术介绍

[0002]随着现代通信技术和移动互联网的迅速发展，地面通信网络日趋完善，智能通信传感器已经成为人们日常生活中的一部分，而绝大多数传感器设备都是通过电池来获取能量，从而其电量的补充成为我们研究的一个难题。射频能量收集技术是一种新兴的绿色通信技术，可以将接收到的射频信号转化为电能，使射频电磁波得到充分利用的同时也大大降低传感器设备对电源的能量依赖程度。但是，射频能量信号给传感器供电的功率却很小，一次性只能补充微弱的电量，因此人们把目光投向了传输功率较大的磁耦合谐振(Magnetic Coupling Resonance，MCR)无线能量传输(Wireless Power Transfer，WPT)，MCR
‑
WPT以其效率高、无辐射和充电距离的优势受到人们的关注，MCR
‑
WPT适用于很多便携式设备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MCR
‑
WPT的无人机协助WPCN的资源分配方法，其特征在于：在无人机协助的无线供电通信网络中，再引入一个搭载磁耦合谐振装置的能量传输无人机；并在每个地面终端安装接收线圈；通过磁耦合谐振方式，能量传输无人机依次为地面终端提供足够的能量；以所有地面终端的最小吞吐量最大化为目标，联合优化信息接收无人机轨迹、地面终端发射功率和时隙分配比例，将该问题建模成最优化问题；并将作为非凸优化问题的所述最优化问题通过引入辅助变量，将其中非凸约束条件转换成凸约束条件，并对难以转化的非凸约束条件，采用凹凸过程迭代优化算法将非凸函数线性化成两个凸函数相减的形式，最后通过迭代求解原非凸逼近问题的凸逼近问题，得到原始最优化问题的次优解。2.根据权利要求1所述的基于MCR
‑
WPT的无人机协助WPCN的资源分配方法，其特征在于，所述联合优化信息接收无人机轨迹、地面终端发射功率和时隙分配比例，将该问题建模成最优化问题具体包括，顺次执行：建模基于磁耦合谐振
‑
无线能量传输的无人机协助无线供电通信网络系统网络结构；建模磁耦合谐振
‑
无线能量传输模型；建模信息接收无人机与能量传输无人机的协议结构；建模地面终端从能量传输无人机通过磁耦合谐振方式捕获的能量；建模系统的任何一个地面终端在某个时隙的瞬时吞吐量；建模系统的任何一个地面终端在整个时间周期内的平均吞吐量；建模系统时隙分配占比、最小吞吐量、上行链路传输能量、信息传输无人机的飞行速度和每个时隙允许的最大上行链路传输功率的限制条件；以及，建模系统最小吞吐量最大化优化模型。3.根据权利要求2所述的基于MCR
‑
WPT的无人机协助WPCN的资源分配方法，其特征在于：所述建模基于磁耦合谐振
‑
无线能量传输的无人机协助无线供电通信网络系统网络结构具体包括：考虑一个由双无人机协助的无线供电通信网络：其中，无人机a用于收集K个地面终端用户的信息，无人机b用于给K个地面终端用户充电；所述地面终端用户包含一个可充电电池；每个用户分别从无人机b通过磁耦合谐振方式获取能量，并利用储存的能量与上行链路中的无人机a进行通信；设无人机a的飞行高度为H
I
，无人机b的飞行高度为H
E
，两个无人机的最大飞行速度分别为和无人机a在t时刻投影到地面的坐标为q
I
(t)＝[x
qI
(t),y
qI
(t)]
T
，无人机b在t时刻投影到地面的坐标为q
E
(t)＝[x
qE
(t),y
qE
(t)]
T
，其中0≤t≤T；设第k个地面终端用户在t时刻的位置为u
k
(t)＝[x
k
,y
k
]
T
；则在每个时隙时无人机a的位置为其中，表示每个时隙的时长；对于无人机与地面终端用户之间的天对地信道，采用确定性传播模型，无人机a与地面终端用户k在时隙时的平均信道增益为
其中，g0表示一米距离的参考信道增益；k表示第k个地面终端，K表示地面终端的总的个数为K，表示的是所有地面终端的集合，有所述建模磁耦合谐振
‑
无线能量传输模型具体为：设当发射线圈和接收线圈都为螺线管结构且同轴放置时，两线圈之间的互感计算公式如下：其中，μ表示自由空间磁导率；N
t
和N
r
分别代表发射端和接收端的线圈匝数；a
t
和a
r
分别是指发射端和接收端的线圈半径；d表示无人机b与地面终端用户k之间的感应充电距离，即无人机b的飞行高度H
E
；高频条件下线圈的损耗电阻为欧姆损耗电阻可认为R1＝R2≈R0；若系统角频率为ω，则两线圈回路的自阻抗分别为：Z1＝R1+jωL1+1/jωC1，Z2＝R2+R
L
+jωL2+1/jωC2，根据基尔霍夫电压定律，列出回路方程：U
in
‑
i1Z1‑
i1(ωM)2/Z2＝0，Z2i2+jωMi1＝0并解得：i1＝Z2U
in
/Z1Z2+(ωM)2，i2＝
‑
jωMU
in
/Z1Z2+(ωM)2，当磁耦合谐振
‑
无线能量传输系统共振时，共振电路只表现出电阻特性，容抗和感抗的综合作用为0，此时两线圈回路的自阻抗分别为：Z1＝R1，Z2＝R2+R
L
；计算出共振电路的输入功率P
in
和负载R
L
的输出功率P
out
：将输出功率P
out
定义为地面终端用户的接受功率由此得到共振电路的传输效率所述建模信息接收无人机与能量传输无人机的协议结构具体为：对于无人机a，将每个时隙n再划分成K个子时隙，与K个地面终端一一对应，每个子时隙与每个地面终端对应，同时给无人机a发送信息，在每个时隙n时，无人机a采用TDMA协议在不同时刻收集来自不同GT的信息；对于无人机b，采用飞行悬停协议，将出发点到地面终端用户1的距离定义为L1，并且在地面终端用户1的悬停时间为T
E1
，地面终端用户1到地面...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宜升，徐志红，贺喜梅，陈勇，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：