[發明專利]無人機輔助認知衛星地面通信網絡多點協作傳輸方法

有效

• 申請號: 201811491448.2
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109587690B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 王毅;華夢;馬鵬閣;劉兆瑜;郭榮幸;楊少川;郭慧
• 申請（專利權）人: 鄭州航空工業管理學院
• 主分類號: H04W16/14
• 分類號: H04W16/14;H04W16/22;H04B7/185
• 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

無人機輔助認知衛星地面通信網絡多點協作傳輸方法，涉及天地一體化通信與認知網絡技術領域，以最大化地面用戶的傳輸速率為目標，以無人機節點飛行軌跡、無人機節點發射功率和蜂窩基站發射功率為優化變量，并考慮次級系統對主級系統的干擾溫度門限、無人機節點飛行條件約束以及無人機節點和蜂窩基站的數發送功率等約束條件建立數學模型，對模型求解即可得到多點協作傳輸的最佳方案。本發明有益效果：在滿足主級系統中用戶的干擾約束條件下，最大程度的提升次級系統的傳輸速率性能。

技術領域

本發明涉及天地一體化通信與認知網絡技術領域，具體地說是無人機輔助認知衛星地面通信網絡多點協作傳輸方法。

背景技術

衛星通信因具有很好的鏈路傳輸可靠性和廣闊的覆蓋區域特性，使得其在導航定位、遙感偵測、天氣預報和應急通信等方面獲得了廣泛應用，并作為陸地移動通信系統的重要補充手段，為一些自然條件艱苦和偏遠地區提供通信保障功能。衛星通信所使用的授權頻譜通常僅用于本級衛星系統，而不再分配給其它通信系統所使用。然而，有關統計結論表明，現有通信系統在頻譜使用率方面存在極為嚴重的浪費問題，眾多授權頻帶在時間維度上存在大量的“頻譜空穴”，即某一時段該頻帶并未被占用，而同時也無法被其它通信系統所使用，這對于有限的物理頻帶資源造成了巨大的浪費。面對人類社會對于數據傳輸速率和傳輸容量的爆炸式增長需求，人們迫切需要解決當前頻譜使用率較低的問題，由此來進一步提升現有通信系統的傳輸性能。正因為如此，認知網絡(又稱為認知無線電)技術應運而生。認知網絡的主要思想是指次級系統通過有效的頻譜感知，選擇頻譜空穴，與主級系統之間形成有效的頻譜共享，或者次級系統與主級系統之間事先“達成頻譜共享協議”，在滿足主級系統傳輸性能的前提下，使得次級系統可以有限的使用授權頻帶，從而達到提升頻譜效率利用率和增強系統容量的效果。然而，認知網絡中的頻譜共享機制不可避免的會帶來主級系統與次級系統之間的同頻干擾問題。若次級系統對主級系統造成的干擾過高，則會嚴重影響主級系統的性能，而若次級系統的傳輸性能過低，則又無法保證次級系統的服務質量，導致頻譜共享效果的大幅下降。因此，如何在保證主級系統傳輸性能的同時，又使得次級系統可以充分使用頻譜資源，為次級系統用戶提供可靠服務，是認知網絡中的重要問題。

傳統衛星通信系統僅作為陸地通信系統的補充手段，二者之間并未形成有效的一體化網絡，特別是沒有利用認知無線電技術。而當采用認知無線電后，可有效地形成認知衛星地面通信網，將衛星通信系統作為主級系統與陸地蜂窩通信系統組建構成認知網絡，從而可有效地提升陸地移動通信系統的傳輸性能。特別是，當前無人機技術的快速發展，為陸地移動通信系統升級換代帶來了更為廣闊的空間。通過在無人機節點配備先進的收發信機，并利用空間三維移動特性，選擇信道條件較好的時機，與蜂窩基站共同服務小區內用戶，可有效提升覆蓋范圍、提升鏈路可靠性并大幅提升系統容量。然而，無人機輔助的認知衛星地面通信網存在更為嚴重的同頻干擾問題，這主要是由于無人機在飛行過程中，其到主級系統用戶和到次級系統用戶的距離都在發生變化，無人機與蜂窩基站在發射信號的同時，勢必會對主級系統中的用戶造成干擾，而與此同時，主級系統中衛星的發射信號也會對次級系統用戶帶來不小的干擾信號。因此，需要進一步深入研究無人機輔助認知衛星地面通信網中的多點協作傳輸問題，通過合理的設定無人機與蜂窩基站的發射功率，特別是對無人機的飛行路徑進行優化，在滿足主級系統中用戶的干擾約束條件下，最大程度的提升次級系統的傳輸速率性能。這對于認知衛星地面通信網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無人機輔助認知衛星地面通信網絡多點協作傳輸方法，解決現有無人機輔助認知衛星地面通信網中的多點協作傳輸問題，提升頻譜利用率和數據傳輸速率，在滿足主級系統中用戶的干擾約束條件下，最大程度的提升次級系統的傳輸速率性能。