[發明專利]基于能效最優的無人機輔助無線通信系統負載分流方法

有效

• 申請號: 201811236708.1
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109511134B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 王毅;華夢;郭慧;張松煒;張宏亮;王春彥
• 申請（專利權）人: 鄭州航空工業管理學院
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04W28/08;H04W28/10;H04W16/22
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 陳佳麗

1.基于能效最優的無人機輔助無線通信系統負載分流方法，所述無人機輔助無線通信系統包括一個無人機節點、一個無線通信基站和多個用戶，無線通信基站的高度為H_B，覆蓋半徑為r_cell，且通過服務半徑r_s將覆蓋區域內均勻分布著密度為λ的多個用戶劃分為基站服務用戶和無人機服務用戶，無人機節點以半徑r_u和高度H_U進行圓周飛行，為無線通信基站覆蓋區內的用戶提供負載分流服務，整個系統帶寬為B，無人機節點與基站采用正交頻率分配方案，ρ表示帶寬劃分因子，即ρB分配給無人機節點，(1-ρ)B分配給基站，其特征在于：所述負載分流方法包括以下步驟：

步驟一、計算無人機節點圓周飛行時的飛行功耗P_fly：

其中，c₁和c₂是與無人機節點重量、機翼面積、空氣密度有關的正數常量因子，g表示重力加速度，v表示無人機節點的飛行速率，單位m/s；

步驟二、無人機節點的能耗函數為η/P_fly，以最大化該能效為目標，并考慮無人機節點自身飛行條件約束和服務用戶速率約束，建立關于無人機節點的飛行半徑和速率、無線通信基站服務半徑、用戶速率門限以及無人機節點和無線通信基站的頻帶分配因子參量的數學模型：

(P):

s.t.C1:P_out≤P_th

C2:

C3:0≤r_s≤r_u≤r_cell

C4:0≤ρ≤1

C5:0≤v≤v_max；

其中，η表示無線通信基站服務的用戶的速率門限，P_out表示無線通信基站服務的用戶的中斷概率，P_th表示中斷概率約束，表示無人機節點服務的用戶的平均速率，v_max表示無人機節點的最大飛行速度，C1表示預設的無線通信基站服務用戶的中斷概率門限值，C2表示無人機節點服務的用戶其平均速率不能低于無線通信基站服務的用戶的速率門限，C3-C5表示優化變量的可行域邊界約束條件；

步驟三、對步驟二中的數學模型求解得到最優解即為能效最優的無人機輔助通信系統負載分流方法；

所述步驟二中無線通信基站服務的用戶的中斷概率P_out的計算方法為：

其中，P{·}表示在某概率空間上某一事件發生的概率，R_b,k表示無線通信基站服務的第k個用戶的瞬時可達速率，單位bit/s，R_b,k＝B_blog₂(1+γ₀υ_k)，表示基站服務的用戶的平均帶寬,γ₀表示平均接收信噪比，υ_k服從參數為1的指數分布，即υ_k～EXP(1)，其中β₀表示參考距離為1m時的信道增益參考值，α表示路徑損耗因子，G_b表示無線通信基站全向天線的增益值，單位是dBi，N₀表示噪聲功率譜密度，單位是W/Hz，P_B表示無線通信基站發射功率；

所述步驟二中無人機節點服務的用戶的平均速率的計算方法為：

其中，P_U表示無人機節點的發射功率，s_k表示無人機節點與其服務的第k個用戶之間的水平距離，G_u,max表示無人機節點定向天線的最大天線增益值，表示定向天線增益系數，d_max表示無人機節點在任意時刻到其覆蓋區域內任意用戶的水平距離。