[發(fā)明專(zhuān)利]一種無(wú)人機(jī)輔助反向散射通信裝置以及資源分配控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910810469.4
• 申請(qǐng)日: 2019-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110730028B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許杰;陳錦昌;謝禮峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04B7/185
• 分類(lèi)號(hào): H04B7/185;H04B5/00;H04L25/02;H04W72/08
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 楊曉松

在現(xiàn)有的反向散射通信研究中，系統(tǒng)內(nèi)不同位置的反向散射設(shè)備的通信性能差異大，面臨嚴(yán)重的公平性問(wèn)題，為了彌補(bǔ)現(xiàn)有研究的不足，本發(fā)明提出了一種無(wú)人機(jī)輔助反向散射通信裝置及資源分配控制方法，控制組件包括數(shù)據(jù)采集模塊、無(wú)人機(jī)控制模塊、軌跡控制模塊、通信控制模塊以及工作模式控制模塊：反向散射設(shè)備組件包括地面控制模塊、工作模式選擇模塊、能量接收控制模塊、信號(hào)反射控制模塊以及能量采集器。本發(fā)明將無(wú)人機(jī)作為一個(gè)控制中心，向設(shè)備發(fā)射接收信息命令，反向散射設(shè)備從中收集能量或者反射信號(hào)發(fā)送信息。利用無(wú)人機(jī)靈活的移動(dòng)性和可操作性來(lái)優(yōu)化飛行軌跡，從而有效縮短無(wú)人機(jī)與傳感器的距離，進(jìn)而提高通信系統(tǒng)的吞吐量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及近幾年新興的無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域以及反向散射通信(BackscatterCommunication)領(lǐng)域，本發(fā)明是對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行軌跡和通信資源分配進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化控制，以提高系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)信息傳輸吞吐量目的的一種無(wú)人機(jī)輔助反向散射通信裝置及資源分配控制方法。

背景技術(shù)

在未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)到來(lái)時(shí)，環(huán)境中將需要數(shù)以?xún)|萬(wàn)計(jì)的微型嵌入式傳感器設(shè)備用于支持物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的通信。這些設(shè)備必須滿(mǎn)足體積小、續(xù)航能力強(qiáng)、可進(jìn)行設(shè)備通信等特點(diǎn)。對(duì)于微型嵌入式設(shè)備，傳統(tǒng)的市電供電、電池供電無(wú)法有效滿(mǎn)足續(xù)航要求，這將大大縮短傳感器設(shè)備的使用壽命。未來(lái)傳感器網(wǎng)絡(luò)，迫切需足一種滿(mǎn)足傳感器續(xù)航和通信的技術(shù)。近年來(lái)反向散射技術(shù)因其低功耗、可充能的特點(diǎn)被廣泛運(yùn)用在物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)研究中。這種通過(guò)射頻信號(hào)吸能并反射信號(hào)傳信息的技術(shù)能有效實(shí)現(xiàn)無(wú)源傳感器間的通信。因此引入反向散射技術(shù)，對(duì)未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有重大意義。

在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，反向散射傳感器將從環(huán)境中監(jiān)測(cè)到的信息發(fā)送到控制中心。在這過(guò)程中，首先反向散射設(shè)備吸收環(huán)境中的射頻信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為直流電儲(chǔ)存以備使用。接著反向散射設(shè)備利用吸收的能量檢測(cè)環(huán)境中的信息，并將信息調(diào)制為二進(jìn)制的形式。當(dāng)控制中心發(fā)射接收信息命令后，反向散射設(shè)備通過(guò)“反射”與“不反射”傳達(dá)信息“1”和“0”到控制中心，完成信息收集的任務(wù)。

反向散射傳感器通信網(wǎng)絡(luò)依賴(lài)于環(huán)境中的射頻信號(hào)。然而我們的射頻資源是有限的，一個(gè)顯著的例子便是，我們的基站、電視塔等射頻發(fā)射器不可能無(wú)限制地建立。所以在未來(lái)反向散射傳感器通信傳感器網(wǎng)絡(luò)中會(huì)面臨資源分配的問(wèn)題，當(dāng)射頻源固定時(shí)，離得近的傳感器能夠接收更多的能量，且傳遞更多信息，離得遠(yuǎn)的傳感器吸收更少的能量，且傳遞更少的信息，這將導(dǎo)致反向散射傳感器通信網(wǎng)絡(luò)中不同設(shè)備通信性能差異大，面臨公平性問(wèn)題。

在無(wú)人機(jī)高速發(fā)展的背景下，無(wú)人機(jī)逐漸被運(yùn)用到貨物運(yùn)輸、植被保護(hù)、軍事探測(cè)等領(lǐng)域。無(wú)人機(jī)具有高可靠性和靈活性，可以人為地進(jìn)行軌跡設(shè)計(jì)，甚至懸停在某個(gè)位置進(jìn)行工作，通過(guò)這些優(yōu)點(diǎn)，我們可以利用無(wú)人機(jī)輔助無(wú)線(xiàn)通信。通過(guò)將無(wú)人機(jī)作為移動(dòng)基站，利用無(wú)人機(jī)靈活的移動(dòng)性，我們可以有效解決資源分配均衡問(wèn)題。

現(xiàn)有的，一種基于OFDM載波在全雙工模式下的資源分配技術(shù)。該技術(shù)由地面?zhèn)鞲衅鞴?jié)點(diǎn)，固定位置基站，和地面處理器組成，以反向散射技術(shù)進(jìn)行信息傳輸。基站向傳感器傳遞OFDM射頻信號(hào)，對(duì)傳感器進(jìn)行充能同時(shí)地面處理器通過(guò)接收傳感器反射的信號(hào)收集信息。該技術(shù)可以通過(guò)適配算法對(duì)每條通信鏈路的無(wú)線(xiàn)資源進(jìn)行優(yōu)化分配，從而提高整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通信性能。

綜上所述，反向散射通信技術(shù)與無(wú)人機(jī)無(wú)線(xiàn)通信都是未來(lái)頗具潛力的發(fā)展技術(shù)，他們將在未來(lái)傳感器網(wǎng)絡(luò)通信中充分發(fā)揮他們優(yōu)異的系統(tǒng)性能。

在現(xiàn)有的反向散射通信研究中，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一般基于固定的基站，使得系統(tǒng)內(nèi)不同位置的反向散射設(shè)備的通信性能差異大，面臨嚴(yán)重的公平性問(wèn)題。固定位置的地面基站與設(shè)備之間的無(wú)線(xiàn)通信信道通常是衰落的，無(wú)線(xiàn)通信信道會(huì)隨著基站與反向散射設(shè)備的距離而變差。

發(fā)明內(nèi)容