[發明專利]信息與能量協同傳輸的通信方法、裝置、無人機及系統

有效

• 申請號: 201810399265.1
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN110418286B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 尹斯星;趙伊菲;李立華
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W4/029
• 分類號: H04W4/029;H04W4/42;H04W52/26;H04B7/185
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 張子青;劉芳

本發明提供一種信息與能量協同傳輸的通信方法、裝置、無人機及系統。本發明提供的信息與能量協同傳輸的通信方法，包括：初始化無人機的功率分布、飛行軌跡以及源點發射器與終點接收器之間的第一協作吞吐量，然后根據功率分布、飛行軌跡以及第一協作吞吐量優化計算無人機的最佳決策分布、最佳功率分布以及最佳飛行軌跡，最后根據最佳決策分布、最佳功率分布以及最佳飛行軌跡進行協作通信。本發明提供的信息與能量協同傳輸的通信方法，通過將無線攜能通信引入到無人機輔助通信中，從而使得無人機的能量限制能夠通過從信源點發射的無線電信號中獲取無線能量而得到有效緩解，并且使得源點發射器與終點接收器之間的協作吞吐量最大化。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種信息與能量協同傳輸的通信方法、裝置、無人機及系統。

背景技術

為了增強網絡覆蓋，滿足日益增長的數據流量需求，無線網絡的部署已經從傳統的2D平面轉移到了3D空間。按照這一趨勢，無人機(Unmanned Aerial Vehicle，簡稱UAV)輔助無線通信已經引起了業界和學術界的極大關注。與傳統的地面基礎設施相比，由于其成本低，移動性和部署靈活性高的特性，懸停在空中的無人機更有可能建立具有更好信道條件的無線鏈路(例如，視距)，因此無人機輔助通信被認為能在許多實際應用中更好的支持無線通信，如公共安全和災害管理。

其中，無人機輔助無線通信的一個重要應用是在協作通信系統中作為中繼，這是一種在弱信道條件下(源點與終點的存在的遠距離或嚴重障礙)，提高通信性能和擴大覆蓋范圍的有效技術。作為空中移動中繼，無人機能夠靈活地調整位置以獲得更加有利的信道條件。即使源點與終點之間的直接鏈路嚴重受阻，也能提高協作通信性能。

但是，現有的無人機輔助無線通信仍然存在一些缺點，其中一個實際問題是為了迎合無人機小尺寸和輕量化的特性而導致的無人機機載電池容量有限的問題。針對這一實際問題，現有的大部分工作都集中在無人機輔助無線通信系統的能量效率改進上。相對于減少能量消耗，探索可再生能源也是另一種重要的選擇。然而，遠遠大于無人機自身的非自主能量采集設備(例如太陽能電池板)可能會顯著增加負載，從而使得能耗更高。

發明內容

本發明提供一種信息與能量協同傳輸的通信方法、裝置、無人機及系統，以解決。

第一方面，本發明提供一種信息與能量協同傳輸的通信方法，應用于信息與能量協同傳輸的協作通信系統，所述系統包括：源點發射器、終點接收器以及作為所述源點發射器與所述終點接收器之間通信中繼的無人機，所述無人機還用于從所述源點發射器所發送的源信號中收集能量；所述方法包括：

初始化所述無人機的功率分布、飛行軌跡以及所述源點發射器與所述終點接收器之間的第一協作吞吐量，其中，所述功率分布包括所述無人機在每個時間節點時的輸出功率值，所述飛行軌跡為所述無人機包括在每個時間節點時的位置信息；

根據所述功率分布、所述飛行軌跡以及所述第一協作吞吐量優化計算所述無人機的最佳決策分布、最佳功率分布以及最佳飛行軌跡，其中，所述最佳決策分布包括所述無人機在每個時間節點時的工作狀態，所述工作狀態為作為所述源點發射器與所述終點接收器之間通信中繼的無人機或從所述源點發射器所發送的源信號中收集能量；

根據所述最佳決策分布、所述最佳功率分布以及所述最佳飛行軌跡進行協作通信，以使所述源點發射器與所述終點接收器之間的協作吞吐量最大化。

在一種可能的設計中，所述根據所述功率分布、所述飛行軌跡以及所述第一協作吞吐量優化計算所述無人機的最佳決策分布、最佳功率分布以及最佳飛行軌跡，包括：

根據所述功率分布以及所述飛行軌跡優化計算所述無人機的決策分布；

根據所述決策分布以及所述飛行軌跡更新所述功率分布；

根據所述決策分布以及所述功率分布更新所述飛行軌跡；