[發明專利]一種空時分組編碼的無人機中繼通信航跡規劃方法

有效

• 申請號: 201710201116.5
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN107094044B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 劉海濤;趙文強;李春鳴;王磊;李冬霞
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04B7/08;H04B7/06;H04L1/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

一種空時分組編碼的無人機中繼通信航跡規劃方法：建立空時分組編碼的無人機中繼通信系統模型，包括：t時刻在可移動式接入節點以一定的功率在兩個連續時隙，以空時分組編碼的方式通過兩個發射天線發射信號；無人機在第一個時隙和第二個時隙接收到來自可移動式接入節點的信號，以一定的功率轉發接收到的信號；基站節點在第三和第四個時隙接收到無人機發射的信號，基站節點的接收機對接收到的信號進行相關合并處理；建立無人機中繼通信系統的航跡規劃模型，包括：求t時刻無人機中繼通信系統的遍歷容量；分別求可移動式接入節點至無人機的距離和無人機至基站節點的距離；建立無人機中繼通信系統的航跡規劃模型。本發明有效提高點對點無人機中繼通信鏈路傳輸的可靠性。

技術領域

本發明涉及一種無人機中繼通信航跡規劃方法。特別是涉及一種空時分組編碼的無人機中繼通信航跡規劃方法。

背景技術

無人機中繼通信是實現遠距離點對點無線通信的一種重要技術手段。相對于固定中繼通信，無人機中繼通信具有通信距離遠、部署方便、中繼位置靈活可控、系統構建迅捷、維護成本低廉等諸多優點，因此無人機中繼通信在軍用與民用領域獲得廣泛的應用[1-2]。與此同時，由于無人機的高速機動性以及無人機能量受限等特性，同時為了保障無人機中繼通信系統的連通性和可靠性，不可避免的出現無人機航跡規劃問題。

圍繞著中繼通信無人機的航跡規劃問題，相關研究如下：針對多用戶接入的無人機中繼通信系統的性能優化問題，文獻[3]基于各態歷經歸一化傳輸速率最大化的準則給出了無人機航跡規劃方法，然而在優化無人機航跡時僅考慮了用戶節點～無人機的單跳鏈路，沒有考慮無人機～基站鏈路對整體系統性能的影響。同樣針對多用戶接入的無人機中繼通信最優化問題，文獻[4]基于平均和速率最大化的準則及用戶最小速率最大化的準則提出兩種無人機航跡規劃方法，然而該文章也僅考慮了用戶節點～無人機單跳鏈路，沒有考慮無人機～基站鏈路對性能的影響。針對無人機中繼廣播通信系統的航跡規劃問題，文獻[5]基于最小各態歷經鏈路容量最大化的準則提出了一種低復雜度的無人機航跡規劃方法，該方法主要特點是無需精確知曉各個用戶的位置信息。針對點對點無人機中繼通信的航跡規劃問題，文獻[6]提出基于發射波束成型與接收波束成型的無人機中繼傳輸方法，并基于信噪比最大化的準則給出無人機航跡規劃方法，然而該方法要求接入節點發射機與基站接收機均需精確知曉信道的衰落信息，實際應用中發射機難以獲取信道的衰落信息，因此該方法應用于實際系統非常困難。

點對點無人機中繼通信傳輸方案主要包括：單發單收傳輸方案和波束成形傳輸方案，以下分別敘述這些技術的缺陷與不足。

單發單收傳輸方案的基本思想：單發單收無人機中繼通信系統由配置一根天線的源節點，一架安裝1根天線的中繼無人機和一個安裝一根天線的目的結點組成，并且源節點與目的結點之間不存在LOS。信號在整個中繼傳輸過程中分為兩個時隙，在第1個時隙，源節點將發送的信號發送到無人機；在第2個時隙，中繼無人機首先對接收到的信號乘以一個固定增益的放大因子，隨后以一定的功率將信號轉發至目的結點。在實際應用中該方法存在以下缺陷：信道容量較小，中斷概率較大，可靠性較差。

波束成形傳輸方案的基本思想：基于波束成形傳輸方案的無人機中繼通信系統由一個安裝多根天線的源節點，一架安裝一根天線的無人機和一個安裝多根天線的目的結點組成，并且源節點與目的結點之間不存在直達通信鏈路。為了實現源節點與目的結點之間的通信，必須通過無人機中繼實現源節點與目的結點之間的通信。信號在整個中繼傳輸過程中，分為兩個時隙。在第1個時隙，源節點將發送的信號進行波束成形后發射出去；在第2個時隙，無人機將接收到的信號經過放大轉發到目的結點，隨后目的結點對接收到的信號進行波束成形處理。該方案最主要的缺陷是：源節點發射機與目的節點接收機均需精確知曉信道的衰落信息，而在實際應用中發射機難以獲取信道的衰落信息，因此該方法在實際系統中應用非常困難。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種可有效提高點對點無人機中繼通信鏈路傳輸的可靠性，實現遠距離點對點無線通信的空時分組編碼的無人機中繼通信航跡規劃方法。