【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信，尤其涉及一种基于noma的无人机nb-iot网络的资源配置方法。
技术介绍
1、随着物联网(internet of things,iot)技术的快速发展，物联网被设想为连接来自各种环境的大量设备，并支持一系列引人注目的应用，如传感器、执行器、智能电表等。窄带物联网(narrowband iot，nb-iot)是根据实际业务需求生成的，已被第三代合作伙伴计划(third generation partnership project，3gpp)标准化，支持大规模物联网设备的低速率节能通信。它可以提供约250kb/s的下行数据速率和约20kb/s的上行数据速率，设计的电池可以工作10年以上。一些物联网应用和服务需要极高的可靠性，如医疗保健、车辆驾驶、军事应用等。因此，低误比特率(bit error ratio,ber)是非常必要的，因为数据包失败将触发许多重传，这可能导致无法忍受的延迟。然而，移动物联网网络通常在复杂且高度可变的无线信道环境中运行，这使得有效可靠的通信具有挑战性。另一方面，对于一些传感器部署区域，如海洋和沙漠，由于物联网中传感器节点数量众多，储能有限，远程传输技术不成熟，难以支持大规模物联网连接。而无人机作为一种新的按需覆盖解决方案，以促进通信基础设施的灵活部署，为偏远地区的物联网设备提供无线互联网连接。
2、为了满足物联网海量连接的需求，出现了许多新技术，如非正交多址(non-orthgonal multiple access，noma)。在noma中，多个具有不同功率的用户使用同
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种服务窄带物联网的无人机网络资源分配方法，以解决未来物联网部署时对于可靠性以及覆盖范围的需求。
3、(二)技术方案
4、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
5、一种服务窄带物联网的无人机网络资源分配方法，所述方法如下：
6、步骤1、构建网络模型：设置一个无人机网络通信场景，无人机部署在可变高度h，天线波束宽度角度为2θ，无人机在地面的覆盖区域是一个中心为r0，半径为r(r≤htanθ)的圆形，其中地面nb-iot接收器随机分布；无人机的覆盖面积随着h的增加而增加，覆盖面积的表达式为:
7、m≤πh2tan2θ (8)
8、利用noma，如图2所示，将无人机覆盖的圆形区域划分为两个环形区域，标记为区域1和区域2，其内半径和外半径分别为和对于noma的每一次配对，由于这些接收器的路径损耗不同，可以从每个不同的环形区域中随意选择一个接收器进行配对；
9、步骤2、误码率性能分析：首先分析awgn信道下的误码率性能，然后将其扩展到衰落信道，由于nb-iot的下行信道只支持qpsk，qpsk由两个bpsk分量组成，即同相分量和正交分量，同相分量和正交分量的误码率是相互独立的，因此可以通过分析两个轴中的一个来求解每个接收机的误码率；
10、为实现可靠通信，无人机覆盖范围内的所有接收器的误码率都应该小于预设的阈值，假设发射信噪比为γ，那么在任意用户i上，来自自任意用户j的信号的信噪比γi，j可以表示为无人机高度h的函数，因此可以得到用户1和用户2的ber理论表达式分别为：
11、
12、
13、从(2)和(3)中可以观察到，在给定发射信噪比γ的情况下，无人机高度h成为影响接收机误码率的关键因素；
14、为了使覆盖范围内的所有接收机都达到误码率阈值，我们从每个区域中选择距离无人机最远的一个接收机进行noma配对，如图2所示，因此其他配对接收机的误码率都会低于这两个接收机；
15、接收器1与无人机之间的距离被表示为
16、
17、接收器2与无人机之间的距离表示为
18、
19、步骤3、构建最优化问题：目标是在最大化无人机覆盖的同时，使所有接收机的误码率都能满足可靠性要求，根据(1)，最大化覆盖m等价于最大化高度h，其数学问题表示如下：
20、
21、在问题(6)中，约束c1和c2以确保接收器1和接收器2的误码率分别不大于阈值tber，并且约束c3给出功率分配因子α的范围，解决问题(6)的一个问题是功率分配α对p1的影响，此外p2是耦合的而不是线性的，这使得它很难以原来的形式解决，因此使用迭代算法来寻找该问题的最优解；
22、步骤4、算法求解：要执行迭代算法，我们需要求解以下方程：
23、f(α)＝p1-tber (14)
24、然后，当f(α)＝0时，可以得到功率分配因子α，显然(7)是一个超越方程，很难直接找到解析解，因此可以采用数值方法来求解(7)来得到最优功率分配因子α，具体算法伪代码如图3所示；
25、在得到最优最优功率分配因子α之后，使用迭代算法来求解问题(6)，进而得到最优高度h，其伪代码如图4所示。
26、(三)有益效果
27、本专利技术提供一种服务窄带物联网的无人机网络资源分配方法。具备以下有益效果：
28、本专利技术研究了一种无人机辅助的具有noma的nb-iot网络，根据得到的误码率表达式，提出了一种无人机高度最大化的优化算法，通过蒙特卡罗模拟验证了结果的正确性。结果表明该算法在最大化无人机覆盖的同时，能够满足系统的误码率要求，与正交多址(oma)相比，该算法可获得约3.5db增益。
29、本专利技术还比较了nb-iot在无人机网络中用于noma和oma系统的性能。结果表明，noma可以在有限的附加发射功率下成倍地增加连接数，分析结果有望为未来nb-iot在具有noma的无人机网络中的设计和部署提供参考。
30、本专利技术提出的分析方法可推广到任意数目的接收器和任意的调制阶数。
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1.一种服务窄带物联网的无人机网络资源分配方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种服务窄带物联网的无人机...
【专利技术属性】
技术研发人员：张一博，王景璟，陈健瑞，陈俊昊，何善宝，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：
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