无人机基站通信覆盖网络增强方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种无人机基站通信覆盖网络增强方法及系统，方法包括：将无人机所服务用户集合中所有用户对的遍历速率最大化作为无人机基站通信覆盖网络中待求解的目标函数；根据目标函数和目标函数所遵循的目标约束条件，确定无人机基站通信覆盖网络中待求解的优化问题；基于边界逼近的低复杂度优化算法求解优化问题，获取无人机分配给NOMA用户对中强弱用户的发射功率；根据匈牙利算法基于OMA用户对的遍历总速率、单用户对的遍历速率及NOMA用户对的遍历总速率进行用户匹配，获取总遍历速率最大的用户匹配结果。本发明专利技术面向无人机基站通信覆盖网络场景，利用NOMA技术满足信道质量不均衡用户的通信接入，实现无人机通信覆盖网络的增强。的增强。的增强。

【技术实现步骤摘要】
无人机基站通信覆盖网络增强方法及系统


[0001]本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种无人机基站通信覆盖网络增强方法及系统。

技术介绍

[0002]在自然灾害处置、事故灾难救援以及社会安全防治等突发公共事件中，实现快速通信恢复、扩大通信覆盖、增强服务质量是支持高效信息管理以及可靠数据传输的关键环节。当原有通信基础设施毁损、公网覆盖不足情况下，由于无人机(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)具有灵活性、低成本和可控性高等优点，非常适合临时协助应急服务。无人机基站能够利用空中载体的视距通信优势，满足应急场景的大面积覆盖和长距离通信需求。
[0003]与常规通信相比，应急通信具有时间突发性、地点不确定性等特征，要求应急通信网络易部署、可扩展性强，同时需根据应急场景的环境特点、救援救灾需求选择适配的通信技术，以支持灾区的高效、及时的信息传输。设备间通信(Device
‑
to
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Device，D2D)借助邻居节点发现机制建立点到点通信连接，能够实现快速组网部署，支持节点信息交互。同时应急场景存在通信状况复杂、用户分布不均等问题。当用户信道质量不均衡时，可借助非正交多址接入(Non
‑
orthogonal Multiple Access，NOMA)技术支持具有不同需求的用户接入，在保证信道条件较弱的用户可以被服务的同时允许信道条件较好用户利用相同通信资源，利用点到多点通信提高了资源利用率。在几种NOMA技术中，广泛研究的功率域NOMA利用用户间的功率分配差异，通过功率域实现频谱高效的多址接入。然而，随着频谱共享用户数量的增加，连续干扰消除(Successive Interference Cancellation，SIC)接收机的解码复杂度增加，而SIC接收机的性能显著下降，因此一般最多允许两个用户组成一个频谱共享对。
[0004]同时，与传统地面通信相比，在UAV的覆盖范围内，视线(Line
‑
of
‑
Sight，LoS)链路是首选的，并且易于确定。然而，由于应急场景复杂环境动态变化，不确定因素较多，获得完备的信道状态信息(Channel State Information，CSI)将产生巨大开销，此时可利用基于长期观察下得到的统计CSI进行组网部署。根据统计CSI，通信任务可将遍历速率作为指标以评估部署性能。但是，由统计CSI推导得到的遍历速率通常由复杂的表达式给出。优化遍历速率既耗时且计算量大。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供的无人机基站通信覆盖网络增强方法及系统，用于解决现有技术中存在的上述问题，面向无人机基站通信覆盖网络场景，利用NOMA技术以满足信道质量不均衡用户的通信接入，实现无人机通信覆盖网络的增强。
[0006]本专利技术提供的一种无人机基站通信覆盖网络增强方法，包括：
[0007]将无人机所服务用户集合中所有用户对的总遍历速率最大化作为无人机基站通信覆盖网络中待求解的目标函数；
[0008]根据NOMA用户对中强弱用户的速率需求、所述NOMA用户对中强弱用户的功率约束
条件、所述NOMA用户对中强弱用户的信道条件最小差异约束条件以及用户分组约束条件，确定所述目标函数所遵循的目标约束条件；
[0009]根据所述目标函数和所述目标约束条件，确定所述无人机基站通信覆盖网络中待求解的优化问题；
[0010]基于边界逼近的低复杂度优化算法求解所述优化问题，获取无人机分配给所述NOMA用户对中强弱用户的发射功率；
[0011]根据匈牙利算法基于OMA用户对的遍历总速率、单用户对的遍历速率以及NOMA用户对的遍历总速率进行用户匹配，获取总遍历速率最大的用户匹配结果；
[0012]其中，所述所有用户对包括所述NOMA用户对、OMA用户对和单用户对；
[0013]所述NOMA用户对的遍历总速率是根据无人机分配给所述NOMA用户对中强弱用户的发射功率确定的；
[0014]所述NOMA用户对中的两用户复用频谱；
[0015]所述OMA用户对中的两用户平分频谱；
[0016]所述单用户对中的用户使用完整频谱。
[0017]根据本专利技术提供的一种无人机基站通信覆盖网络增强方法，所述所有用户对的总遍历速率是通过如下方式确定的：
[0018]根据所述用户集合中各个用户的接入方式，将所述所有用户对划分为所述NOMA用户对、OMA用户对和单用户对；
[0019]根据NOMA用户对中强弱用户的遍历总速率、OMA用户对中用户的遍历总速率和单用户对中用户的遍历速率，确定所述所有用户对的总遍历速率；
[0020]其中，所述强弱用户是根据用户的信道功率增益确定的。
[0021]根据本专利技术提供的一种无人机基站通信覆盖网络增强方法，所述NOMA用户对中强弱用户的遍历总速率、OMA用户对中用户的遍历总速率和单用户对中弱用户的遍历速率是通过如下方式确定的：
[0022]根据NOMA用户对中强用户与无人机间的信道衰落、无人机与NOMA用户对中弱用户间的大尺度衰落以及无人机与NOMA用户对中强弱用户间的小尺度衰落，确定所述NOMA用户对中强弱用户的遍历总速率；
[0023]根据OMA用户对中用户与无人机间的信道衰落、无人机与OMA用户对中用户间的大尺度衰落以及无人机与OMA用户对中用户间的小尺度衰落，确定所述OMA用户对中用户的遍历总速率；
[0024]根据单用户对中用户与无人机间的信道衰落、无人机与单用户对中用户间的大尺度衰落以及无人机与单用户对中用户间的小尺度衰落，确定所述单用户对中用户的遍历速率。
[0025]根据本专利技术提供的一种无人机基站通信覆盖网络增强方法，所述NOMA用户对中强弱用户的速率需求、所述NOMA用户对中强弱用户的功率约束条件、所述NOMA用户对中强弱用户的信道条件最小差异约束条件以及用户分组约束条件是通过如下方式确定的：
[0026]根据NOMA用户对中强弱用户的遍历速率和OMA用户对中强弱用户的遍历速率，确定所述速率需求；
[0027]根据所述无人机分配给NOMA用户对中强弱用户的发射功率、分配给所述NOMA用户
对的功率最大值和无人机最大发射功率，确定所述功率约束条件；
[0028]根据所述NOMA用户对中强弱用户的信道功率增益期望值和最小差异需求，确定所述信道条件最小差异约束条件；
[0029]根据所述用户集合中每个用户最多属于同一用户对以及每一用户对最多包括两个用户，确定所述用户分组约束条件；
[0030]其中，所述信道功率增益期望值是根据所述NOMA用户对中强弱用户的信道功率增益和噪声功率确定的。
[0031]根据本专利技术提供的一种无人机基站通信覆盖网络增强方法，所述基于边界逼近的低复杂度优化算法求解所述优化问题，获取无人机分配给所述NOMA用户对中强弱用户的发射功率，包括：
[0032]获取所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机基站通信覆盖网络增强方法，其特征在于，包括：将无人机所服务用户集合中所有用户对的总遍历速率最大化作为无人机基站通信覆盖网络中待求解的目标函数；根据NOMA用户对中强弱用户的速率需求、所述NOMA用户对中强弱用户的功率约束条件、所述NOMA用户对中强弱用户的信道条件最小差异约束条件以及用户分组约束条件，确定所述目标函数所遵循的目标约束条件；根据所述目标函数和所述目标约束条件，确定所述无人机基站通信覆盖网络中待求解的优化问题；基于边界逼近的低复杂度优化算法求解所述优化问题，获取无人机分配给所述NOMA用户对中强弱用户的发射功率；根据匈牙利算法基于OMA用户对的遍历总速率、单用户对的遍历速率以及NOMA用户对的遍历总速率进行用户匹配，获取总遍历速率最大的用户匹配结果；其中，所述所有用户对包括所述NOMA用户对、OMA用户对和单用户对；所述NOMA用户对的遍历总速率是根据无人机分配给所述NOMA用户对中强弱用户的发射功率确定的；所述NOMA用户对中的两用户复用频谱；所述OMA用户对中的两用户平分频谱；所述单用户对中的用户使用完整频谱。2.根据权利要求1所述的无人机基站通信覆盖网络增强方法，其特征在于，所述所有用户对的总遍历速率是通过如下方式确定的：根据所述用户集合中各个用户的接入方式，将所述所有用户对划分为所述NOMA用户对、OMA用户对和单用户对；根据NOMA用户对中强弱用户的遍历总速率、OMA用户对中用户的遍历总速率和单用户对中用户的遍历速率，确定所述所有用户对的总遍历速率；其中，所述强弱用户是根据用户的信道功率增益确定的。3.根据权利要求2所述的无人机基站通信覆盖网络增强方法，其特征在于，所述NOMA用户对中强弱用户的遍历总速率、OMA用户对中用户的遍历总速率和单用户对中用户的遍历速率是通过如下方式确定的：根据NOMA用户对中强用户与无人机间的信道衰落、无人机与NOMA用户对中弱用户间的大尺度衰落以及无人机与NOMA用户对中强弱用户间的小尺度衰落，确定所述NOMA用户对中强弱用户的遍历总速率；根据OMA用户对中用户与无人机间的信道衰落、无人机与OMA用户对中用户间的大尺度衰落以及无人机与OMA用户对中用户间的小尺度衰落，确定所述OMA用户对中用户的遍历总速率；根据单用户对中用户与无人机间的信道衰落、无人机与单用户对中用户间的大尺度衰落以及无人机与单用户对中用户间的小尺度衰落，确定所述单用户对中用户的遍历速率。4.根据权利要求1所述的无人机基站通信覆盖网络增强方法，其特征在于，所述NOMA用户对中强弱用户的速率需求、所述NOMA用户对中强弱用户的功率约束条件、所述NOMA用户对中强弱用户的信道条件最小差异约束条件以及用户分组约束条件是通过如下方式确定
的：根据NOMA用户对中强弱用户的遍历速率和OMA用户对中强弱用户的遍历速率，确定所述速率需求；根据所述无人机分配给NOMA用户对中强弱用户的发射功率、分配给所述NOMA用户对的功率最大值和无人机最大发射功率，确定所述功率约束条件；根据所述NOMA用户对中强弱用户的信道功率增益期望值和最小差异需求，确定所述信道条件最小差异约束条件；根据所述用户集合中每个用户最多属于同一用户对以及每一用户对最多包括两个用户，确定所述用户分组约束条件；其中，所述信道功率增益期望值是根据所述NOMA用户对中强弱用户的信道功率增益和噪声功率确定的。5.根据权利要求3所述的无人机基站通信覆盖网络增强方法，其特征在于，所述基于边界逼近的低复杂度优化算法求解所述优化问题，获取无人机分配给所述NOMA用户对中强弱用户的发射功率，包括：获取所述所有用户对中的所有强弱用户，根据所述所有强弱用户构建所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莉，徐连明，费爱国，魏青，沈渊，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：