【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及星空地一体化网络通信领域，特别是涉及一种ris辅助通信优化方法及系统。
技术介绍
1、星空地一体化网络通信面临两个关键挑战：一是传输距离较远导致的严重信号强度下降，二是可用的频谱资源有限，无法满足日益增长的通信需求。因此，亟需提供一种通信优化方法或系统，能够节省由于降低无人机移动产生高维数而导致的计算开销。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种ris辅助通信优化方法及系统，能够节省由于降低无人机移动产生高维数而导致的计算开销。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种ris辅助通信优化方法，包括：利用高空平台hap获取卫星的电信号。
3、在hap上利用单层rsma技术确定第i个用户处公共流和私有流的信息可达速率，并利用搭载可重构智能超表面ris的无人机进行通信。
4、确定总用户的总可达速率。
5、根据总可达速率以及总的能量耗散确定第架无人机参与的能效，进而确定总的能量效率。
6、以总的能量效率最大为目标确定优化问题。
7、根据优化问题，采用联邦强化学习优化方法，进行无人机规划全局决策路径，然后局部训练获得最优发射波束和功率分割比。
8、可选地，所述在hap上利用单层rsma技术确定第i个用户处公共流和私有流的信息可达速率，并利用搭载可重构智能超表面ris的无人机进行通信，具体包括以下公式：
9、
10、。
11、其中，为公共流的信息
12、可选地，所述确定总用户的总可达速率，具体包括以下公式：
13、。
14、其中，为总可达速率，为在第i个用户接收公共数据的传输速率，，是为了保证所有用户都能成功解码公共信息的最小的公共流的信息可达速率。
15、可选地，所述根据总可达速率以及总的能量耗散确定第架无人机参与的能效，进而确定总的能量效率，具体包括：利用公式确定第架无人机参与的能效。
16、利用公式确定总的能量效率。
17、其中，为第架无人机参与的能效，为总的能量消耗，为总运行时间，为总的能量效率，u为无人机的数量，为第u架ris的相移矩阵，a为定义的公共传输速率。
18、可选地，所述将总的能量效率最大为目标确定优化问题，具体包括以下公式：
19、。
20、其中，为公共信息可达速率，为ris的相移，为无人机的移动轨迹，为定义的最大速率上限，为每一个发射机的功率要求，为发射机最大功率限制，为相移参量，c1和c2表示保证每个设备能够成功解码公共信息的条件，c3为系统可达速率，c4表示发射卫星上的最大功率预算，c5表示ris的相移约束，c6和c7表示无人机服务的最大面积，，和，为无人机的移动轨迹边界坐标，c8为分配给私有信息的速率分裂系数。
21、可选地，所述根据优化问题，采用联邦强化学习优化方法，进行无人机规划全局决策路径，然后局部训练获得最优发射波束和功率分割比，具体包括：利用公式确定全局决策模型的奖励函数。
22、利用公式确定局部训练模型的奖励函数。
23、其中，为解决绝对值相对于主线奖励过大问题的可变参数，为第架无人机的轨迹，为第架无人机消耗的能量，、、以及均为惩罚项。
24、一种ris辅助通信优化系统，应用于所述一种ris辅助通信优化方法，包括：电信号获取模块，用于利用高空平台hap获取卫星的电信号。
25、单层rsma技术应用模块，用于在高空平台hap上利用单层rsma技术确定第i个用户处公共流和私有流的信息可达速率，并利用搭载可重构智能超表面ris的无人机进行通信。
26、总可达速率确定模块，用于确定总用户的总可达速率。
27、总的能量效率确定模块，用于根据总可达速率以及总的能量耗散确定第架无人机参与的能效，进而确定总的能量效率。
28、优化问题确定模块，用于以总的能量效率最大为目标确定优化问题。
29、优化模块，用于根据优化问题，采用联邦强化学习优化方法，进行无人机规划全局决策路径，然后局部训练获得最优发射波束和功率分割比。
30、根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术所提供的一种ris辅助通信优化方法及系统，考虑从卫星到地面的传输过程中，引入高空平台（hap）和无人机搭载可重构智能超表面（ris）两次中继来克服信号阻塞，并在hap处应用速率分割多址技术（rsma）提高信号传输鲁棒性。根据发射机的功率预算和用户服务质量要求，制定了能量效率最大化问题，其中包括主动发射波束形成矢量、ris相移矩阵、功率分割比、公共消息速率等多个目标优化。为了解决离散变量和连续变量的非凸问题，通过让无人机规划路径，然后局部训练获得最优发射波束和功率分割比，可以大大节省由于降低无人机移动产生高维数而导致的计算开销。
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1.一种RIS辅助通信优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种RIS辅助通信优化方法，其特征在于，所述在HAP上利用单层RSMA技术确定第i个用户处公共流和私有流的信息可达速率，并利用搭载可重构智能超表面RIS的无人机进行通信，具体包括以下公式：
3.根据权利要求2所述的一种RIS辅助通信优化方法，其特征在于，所述确定总用户的总可达速率，具体包括以下公式：
4.根据权利要求3所述的一种RIS辅助通信优化方法，其特征在于，所述根据总可达速率以及总的能量耗散确定第架无人机参与的能效，进而确定总的能量效率，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种RIS辅助通信优化方法，其特征在于，所述将总的能量效率最大为目标确定优化问题，具体包括以下公式：
6.根据权利要求3所述的一种RIS辅助通信优化方法，其特征在于，所述根据优化问题，采用联邦强化学习优化方法，进行无人机规划全局决策路径，然后局部训练获得最优发射波束和功率分割比，具体包括：
7.一种RIS辅助通信优化系统，应用于权利要求1-6任意一项所述一种R
...【技术特征摘要】
1.一种ris辅助通信优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种ris辅助通信优化方法，其特征在于，所述在hap上利用单层rsma技术确定第i个用户处公共流和私有流的信息可达速率，并利用搭载可重构智能超表面ris的无人机进行通信，具体包括以下公式：
3.根据权利要求2所述的一种ris辅助通信优化方法，其特征在于，所述确定总用户的总可达速率，具体包括以下公式：
4.根据权利要求3所述的一种ris辅助通信优化方法，其特征在于，所述根据总可达速率以及总的能量耗散确定第...
【专利技术属性】
技术研发人员：武敏，朱诗兵，郭克锋，李长青，代健美，陈雨迪，刘瑞，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：
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