[發明專利]一種無人機非正交多址接入波束寬度的設計方法

有效

• 申請號: 201910311919.5
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN110034856B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 呂鐵軍;韓艾彤
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04B17/336;H04B7/185;H04W16/14;H04W16/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

在基于非正交多址接入的無人機輔助通信網絡中，我們提出能夠滿足超可靠低時延通信的波束寬度設計方法。為了實現超可靠低時延傳輸，我們通過適當減小無人機的波束寬度來最小化傳輸的錯誤概率。由于用戶分組方法可以通過使無人機僅覆蓋每組中的用戶來減少對無用戶區域的覆蓋范圍，以實現波束寬度的最小化。因此我們基于此場景，使用基于無人機輔助通信的兩種用戶分組算法。第一種是傳統的K?means算法，但是有時候會出現單用戶組的情況，不能有效的共享頻譜資源。第二個是改進的K?means算法。這種算法能保證每組有兩個以上的用戶，在解決本文所考慮的問題方面具有良好的性能。在用戶分組之后，我們為每組用戶設計一個包含本組內所有用戶的無人機波束寬度覆蓋方法，并針對每組用戶設計了基于用戶位置的波束寬度計算方法，以進一步最小化波束寬度并解決此優化問題。

技術領域

本發明涉及在無人機與地面用戶通信網絡中，實現無人機非正交多址接入的超可靠低時延傳輸設計。確切地說，通過聯合優化無人機波束寬度與分組數量，在特定滿足超可靠低時延的時延條件下，使得系統的錯誤概率滿足超可靠低時延傳輸的限制，屬于無線通信領域的技術。

背景技術

以人工智能為主的全新技術革命正在改變我們的生活、工作和交流方式。新一代前所未有的服務和應用已經出現，如無人駕駛的車輛和基于無人機的交付，以及基于人工智能的個性化助理。為了解決日益多樣化的服務和應用，5G相關技術已被提上日程并逐一實施。近幾年來，國際電信聯盟在2015年定義了5G三大主要應用場景：增強型移動寬帶、大規模物聯網和超可靠低時延通信。其中，超可靠低時延通信由于其特有的兩個互斥的需求，超可靠性和低時延性，而得到了工業界和學術界的廣泛關注。

作為5G無線系統中不可忽略的一部分，超可靠低時延通信通常不需要較高的數據速率，但低時延與超可靠性是至關重要的。無人機作為超可靠低時延通信的主要應用，近年來受到了廣泛的關注。由于4G網絡只能實現一部分對時延不敏感的無人機應用，能夠滿足大多數無人機通信，即時延敏感的無人機通信，的5G技術在無人機日益火爆的今天，是值得研究的。無人機以其特有的機動性強、安全風險系數小、部署方便以及成本低等優點已經成為了國內外的研究熱點。隨著移動通信技術的不斷發展，頻譜資源也變得越來越緊張。非正交多址接入技術以其能夠共享頻譜資源提高頻譜效率等特點，在頻譜資源日益緊張的情況下也成為了無線通信的技術熱點之一。為了滿足5G飛速增長的業務需求以及實現超可靠低時延傳輸，基于無人機通信的非正交多址接入技術成為了研究的重點。

針對現有的無人機波束方向垂直于地面的無人機與地面用戶通信網絡不能有效減小波束寬度的問題，本發明提出了一種能夠有效減小波束寬度的設計方法，即通過對用戶進行分組，使得無人機波束只需要覆蓋每組用戶，通過減小對無用戶區域的覆蓋面積來實現波束寬度的減小，同時針對每組用戶，設計基于用戶位置的波束寬度設計方法來實現波束寬度的進一步減小。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是在超可靠低時延的應用限制中，實現無人機非正交多址接入波束寬度的設計。我們考慮的是無人機作為飛行基站的情況，包括一個無人機和多個用戶。無人機位于區域正上方，多個用戶隨機地分布在區域中。無人機對用戶進行非正交多址接入傳輸。所述方法包括下列兩個個操作步驟：

(1)多用戶非正交多址接入推導：本發明研究了基于非正交多址接入技術的無人機輔助通信，并實現了超可靠低時延傳輸。在超可靠低時延傳輸的約束下，波束寬度與分組數量被聯合優化，以在特定延遲的條件下最小化傳輸的錯誤概率。值得注意的是，本發明針對的是多用戶的非正交多址接入，而不是僅局限于兩用戶的非正交多址接入。根據上述的描述，K個用戶在分為S組后，第s(s＝1,…,S)組中第個用戶的SINR為