[發(fā)明專利]無人機通信網(wǎng)絡的能量效率優(yōu)化方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910384002.8
• 申請日: 2019-05-09
• 公開（公告）號: CN110300417B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設計）人: 馮偉;劉承驍;葛寧
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04W16/22
• 分類號: H04W16/22;H04W72/04;H04W84/06;H04B7/185
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權代理有限公司 11002
• 代理人: 王慶龍;苗曉靜

本發(fā)明實施例提供一種無人機通信網(wǎng)絡的能量效率優(yōu)化方法和裝置，該方法包括：基于無人機通信能量效率最大化模型，獲取無人機群的功率分配優(yōu)化結果與用戶懸停時間分配優(yōu)化結果；其中，無人機通信能量效率最大化模型包括能量效率最大化函數(shù)和約束條件，能量效率最大化函數(shù)的自變量包括功率分配結果與用戶懸停時間分配結果，約束條件包括單機通信能量約束條件、單機發(fā)射功率約束條件、機群懸停時間約束條件以及用戶懸停時間約束條件中的至少一種；基于功率分配優(yōu)化結果與用戶懸停時間分配優(yōu)化結果控制無人機群建立通信網(wǎng)絡。本發(fā)明實施例提供的方法和裝置，提升了無人機通信網(wǎng)絡的能量效率，延長了無人機通信網(wǎng)絡的續(xù)航時間。

技術領域

本發(fā)明涉及無線通信技術領域，尤其涉及一種無人機通信網(wǎng)絡的能量效率優(yōu)化方法和裝置。

背景技術

隨著無線通信技術的廣泛應用，用戶對于通信服務質量的需求不斷提升，相應的對于基站服務能力的需求也有進一步提升。由于將基站放在空中的無人機上可以顯著提高無線通信的信道質量，進而提高基站的服務能力，無人機通信網(wǎng)絡的設計正獲得業(yè)界的廣泛關注。

作為基站的無人機可以利用較好的信道質量為用戶提供高數(shù)據(jù)率服務，但是受到本身的體積和重量的限制，無人機大多使用電池供電。這也導致了無人機在飛行過程中能夠使用總能量會受到嚴重限制，進而影響到無人機持續(xù)為用戶提供服務的能力。

現(xiàn)有研究一般利用兩種思路來解決這一問題，一種思路是在能量受限的條件下，盡可能提高無人機使用能量的效率；另一種思路則是通過增加無人機的數(shù)量，利用多無人機間的協(xié)作突破能量的限制。現(xiàn)有方法多采用兩種思路之一對無人機群的能量效率進行優(yōu)化，然而難以克服能量使用效率較低的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明實施例提供一種無人機通信網(wǎng)絡的能量效率優(yōu)化方法和裝置，用以解決現(xiàn)有的無人機受能量限制導致持續(xù)為用戶提供服務的能力弱的問題。

第一方面，本發(fā)明實施例提供一種無人機通信網(wǎng)絡的能量效率優(yōu)化方法，包括：

基于無人機通信能量效率最大化模型，獲取無人機群的功率分配優(yōu)化結果與用戶懸停時間分配優(yōu)化結果；其中，所述無人機通信能量效率最大化模型包括能量效率最大化函數(shù)和約束條件，所述能量效率最大化函數(shù)的自變量包括功率分配結果與用戶懸停時間分配結果，所述約束條件包括單機通信能量約束條件、單機發(fā)射功率約束條件、機群懸停時間約束條件以及用戶懸停時間約束條件中的至少一種；

基于所述功率分配優(yōu)化結果與用戶懸停時間分配優(yōu)化結果控制無人機群建立通信網(wǎng)絡。

優(yōu)選地，所述基于無人機通信能量效率最大化模型，獲取無人機群的功率分配優(yōu)化結果與用戶懸停時間分配優(yōu)化結果，之前還包括：

基于所述無人機群的總數(shù)據(jù)量和總消耗能量，獲取無人機通信能量效率公式；其中，所述無人機群的總數(shù)據(jù)量是基于每一用戶的大尺度信道信息表示的；

基于所述無人機通信能量效率公式構建所述無人機通信能量效率最大化模型。

優(yōu)選地，所述基于所述無人機群的總數(shù)據(jù)量和總消耗能量，獲取無人機通信能量效率公式，具體包括：

通過如下公式表示所述無人機的總數(shù)據(jù)量D(P,T)：

式中，P為功率分配結果，T為用戶懸停時間分配結果；T_n為無人機群在服務第n個用戶時的懸停時間，N為用戶總數(shù)；I_n為單位矩陣，為高斯噪聲功率；L_n和S_n分別為第n個用戶的大尺度信道信息和小尺度信道信息；P_n為無人機群在服務第n個用戶時的發(fā)射功率集合；

通過如下公式表示所述無人機群的總消耗能量E(P,T)：