一种基于灯塔盘旋的无人机辅助超可靠低时延传输方法技术

本发明专利技术公开了一种基于灯塔盘旋的无人机辅助超可靠低时延传输方法，属于无人机通信技术领域，包括以下步骤：S1：构建基于灯塔盘旋的无人机辅助通信系统模型；S2：分析用户接收误码概率，实现系统传输可靠性分析；S3：分析无人机的飞行气动及能耗模型；S4：分析边缘用户的信息年龄AoI，作为系统延迟的指标；S5：以在传输可靠性的约束下，以及在无人机飞行能耗有限的情况下，最小化系统内所有K个边缘用户的平均AoI作为优化目标，对边缘用户传输性能进行优化。优化。优化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于灯塔盘旋的无人机辅助超可靠低时延传输方法


[0001]本专利技术属于无人机通信
，具体涉及一种基于灯塔盘旋的无人机辅助超可靠低时延传输方法。

技术介绍

[0002]在超5G(B5G)和第六代(6G)通信系统中，超可靠低时延通信(ultra
‑
reliable low latency communications,URLLC)被认为是关键技术之一。然而，由于传输功率有限和路径损耗严重，边缘用户可能无法达到URLLC的性能要求。传统基于地面基站服务的无线网络多采用快速自动请求重传(Hybrid Automatic Repeat request,HARQ)技术保障用户的超可靠低时延服务。然而，受信道衰落的影响，部分用户(尤其是边缘用户)的信道衰落严重，接收信噪比低，重传次数多，甚至基本无法实现可靠的传输，因此无法满足URLLC需求。移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)可利用无线接入网络就近提供电信用户所需服务和云端计算功能，而创造出一个具备高性能、低延迟与高带宽的电信级服务环境，加速网络中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于灯塔盘旋的无人机辅助超可靠低时延传输方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：构建基于灯塔盘旋的无人机辅助通信系统模型；S2：分析用户接收误码概率，实现系统传输可靠性分析；S3：分析无人机的飞行气动及能耗模型；S4：分析边缘用户的信息年龄AoI，作为系统延迟的指标；S5：以在传输可靠性的约束下，以及在无人机飞行能耗有限的情况下，最小化系统内所有K个边缘用户的平均AoI作为优化目标，对边缘用户传输性能进行优化。2.根据权利要求1所述的基于灯塔盘旋的无人机辅助超可靠低时延传输方法，其特征在于：步骤S1中，所述构建基于灯塔盘旋的无人机辅助通信系统模型为：位于小区内的用户由位于小区中心的基站服务，设小区边缘的范围是一个内半径为R2，外半径为R1的圆环，有K个用户均匀分布在环中，第k个用户用u
k
表示，其中k∈{1,2,...,K}，u
k
在极坐标系中的坐标为p
u,k
＝(r
k
,θ
k
,0)；在高度为h的小区边缘上方部署固定翼无人机作为边缘计算中心；无人机收集来自边缘用户的数据包并直接进行计算和处理，然后将处理后的信息发送回基站；无人机上安装有全向天线和定向天线，分别作为接收天线和发射天线，无人机以一定倾斜角，盘旋半径为r
b
，盘旋周期为T围绕基站盘旋飞行，并在盘旋时保持定向天线指向基站以发送数据；用p
b
＝(r
b
,θ
b
,h)表示无人机在极坐标系中的坐标，当边缘用户u
k
和无人机的方位角相同时，边缘用户u
k
生成一个更新包，将其发送给无人机，无人机对从边缘用户那里收集到的每个更新数据包进行处理，并在信号处理按时完成时发送回基站；当边缘用户u
k
和无人机的方位角相同时，它们之间的距离为：其中r
k
表示用户k与基站之间的距离；边缘用户和无人机之间的空地无线信道为概率视距通道，其中LoS信道的概率由下式给出其中α和β是与传输环境相关的系数，γ
k
为u
k
和无人机之间的仰角，表示为：NLoS信道出现的概率表示为：在时刻t时无人机和u
k
之间的空对地链路的路径损耗模型表示为：g
k
(t)＝a
k
h
k
(t)其中，a
k
是大尺度路径损耗，h
k
(t)代表空对地信道的小尺度衰落，大尺度路径损耗表示为：
其中λ0是参考距离处无线信道的路径损耗，η是NLoS情况的附加路径损耗系数，ξ
L
是LoS的空对地路径损耗指数，ξ
N
是NLoS的空对地路径损耗指数；小尺度衰落分别建模为用于LoS情况的Rician信道模型和用于NLoS情况的Rayleigh信道模型，在时间t，u
k
的小规模衰落表示为：其中K0是Rician因子，是一个复数，表示LoS信道分量，表示NLoS信道分量，u
k
在时间t的接收信噪比为：其中P
k
是u
k
的发射功率，σ2表示无人机接收到的噪声功率，设对于所有k∈{1,2,...,K}，P
k
＝P。3.根据权利要求1所述的基于灯塔盘旋的无人机辅助超可靠低时延传输方法，其特征在于：步骤S2所述分析用户接收误码概率，具体包括：对无线信道g
k
(t)在时域中的随机性取期望：(t)在时域中的随机性取期望：其中E[*]表示随机变量*的期望值；边缘用户的平均SNR为：采用短包信道编码方案以实现可靠通信，假设每个更新包包含l位信息并被编码为n位数据码块，第k个用户u
k
的平均解码差错概率表示为：
其中dt是Q函数，数学期望是针对随机变量进行计算的，它有两种情况：LoS和NLoS，ε
k
表示为：其中c∈{LoS,NLoS}并且：4.根据权利要求1所述的基于灯塔盘旋的无人机辅助超可靠低时延传输方法，其特征在于：步骤S3所述分析无人机的飞行气动及能耗模型，具体包括：无人机在进行灯塔盘旋时受到两组平衡力：垂直面的重力W和升力L，水平面的阻力D和牵引力F，阻力和升力的大小表示为：阻力和升力的大小表示为：其中C
D
和C<...

【专利技术属性】
技术研发人员：白琳，王景璟，王佳星，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：