[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

基于能效最優的無人機輔助無線通信系統負載分流方法，以最大化無人機節點的能效為目標，并考慮無人機節點自身飛行條件約束、服務用戶速率約束和中斷概率約束，對無人機節點的飛行半徑和速率、基站服務半徑、用戶速率門限以及無人機節點和基站的頻帶分配因子等參量進行聯合優化建立模型求解即可得到能效最優的負載分流方法。本發明有益效果：解決現有無人機輔助無線通信系統負載分流的能效優化問題，充分利用無人機節點的有限能源。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，具體地說是基于能效最優的無人機輔助無線通信系統負載分流方法。

背景技術

隨著社會和經濟的快速發展，信息的傳遞日趨頻繁，而依賴于無線方式的信息傳輸則顯得尤為重要。人們對于信息技術發展和未來無線通信系統提出了更高的要求，特別是在傳輸速率、系統容量、鏈路可靠性、邊緣用戶覆蓋、熱點區域大規模連接、端到端延時等方面，都面臨著巨大的挑戰。傳統的陸地蜂窩無線通信系統，通過將整個區域劃分為由眾多基站覆蓋的小區域，來為眾多用戶提供無線通信服務，很好地解決了海量數據的傳輸需求。然而，隨著無線用戶數的大幅攀上，特別是無線接入設備的指數級增長，無線數據業務將呈現爆炸式增長，特別是覆蓋區域邊緣用戶的吞吐量和鏈路可靠性需求，現有的蜂窩無線通信系統很難再支撐如此巨大的信息傳輸和無線接入需求。

為了解決這一困境，通過在蜂窩小區內部部署多個小小區(Small Cell)基站，將原有宏基站覆蓋區域進行疊加覆蓋，可有效提升局部熱點地區和邊緣區域用戶的系統容量及鏈路可靠性。然而，部署小小區基站會使得無線運營商的建網成本驟增，同時，頻譜交叉使用帶來更多更復雜的干擾管理問題，這些不利于提升系統的整體性能。

值得注意的是，隨著無人機(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)技術的快速發展與不斷成熟，為基于無人機空中平臺的相關行業帶來了廣闊的發展機遇。通過在無人機空中平臺上搭載先進的數據采集、存儲、傳輸等高性能小尺寸無線設備，可以在諸如空中道路監管，農林區域監視，無人機物流配送，空中中繼應急通信，熱點區域無人機基站負載分流等方面發揮巨大的作用。特別是，利用無人機的高速三維移動特性、空中開闊環境帶來的良好信道條件以及便捷部署等特性，可以有效地承擔蜂窩無線通信系統的用戶負載分流任務，將現有無線通信系統中的過載用戶合理的通過無人機節點接入無線網絡，并提高高速、可靠、大容量的無線通信服務。

然而，對于物理尺寸有限的無人機節點而言，其所能攜帶的能源負載是十分有限的，除了用于機載設備的供能和通信數據傳輸功耗之外，一大部分能源將用于無人機節點的飛行或懸停過程，如何充分利用無人機節點的有限能源，為無線通信系統提供合理高效的用戶負載分流，并維持自身的飛行需求，對于解決無人機輔助無線通信系統負載分流具有十分重要的理論意義和工程意義，也是未來無人機應用的一個關鍵問題。一方面，無人機節點若承擔過多的用戶負載分流，盡管可以大大降低無線通信基站有效負載量，但需要擴大飛行覆蓋區域，使得其飛行能耗大幅增加，而有可能降低其服務用戶的通信質量。另一方面，若無人機節點覆蓋的區域較小，用戶負載分流量不充分，則無法充分利用自身的移動特性以提升系統整體性能。由此可以看到，這是一個復雜的折中優化問題。因此，從無人機節點能效(通信速率與功率消耗之比)的角度出發，同時兼顧無人機覆蓋區域內用戶的通信傳輸速率與無人機的飛行能耗，并考慮無人機自身的約束條件和通信服務質量要求，對無人機節點的飛行參量(飛行半徑、速度等)、無人機與基站的頻帶劃分、基站覆蓋半徑等參量進行優化，將具有十分重要的現實意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供基于能效最優的無人機輔助無線通信系統負載分流方法，解決現有無人機輔助無線通信系統負載分流的能效優化問題。