[發明專利]一種基于無線電地圖的無人機軌跡設計和功率分配方法

有效

• 申請號: 201911105810.2
• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN110830136B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 黃瑜薇;邱玲
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H04B17/382
• 分類號: H04B17/382;H04B17/391;H04B17/336;H04B17/345;H04W72/04;H04W72/08
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 汪祥虬

本發明公開了一種基于無線電地圖的無人機軌跡設計和功率分配方法，特征是根據基于無線電地圖獲取的信道模型，通過設計無人機的軌跡和發送功率來最大化無人機通信鏈路的可得速率，同時控制給原有存在的地面鏈路的干擾小于一定的閾值；采用強化學習算法來設計無人機的軌跡和發送功率。與現有的無人機通信中基于固定的視距信道或者統計的概率視距信道來聯合設計無人機軌跡和功率分配從而實現無人機通信系統吞吐量最大化并控制無人機引入干擾方法的相比，采用本發明方法能夠符合實際環境的信道特征，在滿足干擾限制的要求下，進一步地提高無人機通信系統的吞吐量。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及無人機通信中基于無線電地圖來實現無人機通信系統吞吐量最大化和干擾控制的無人機軌跡設計和功率分配方法。

背景技術

如今無人機已經被廣泛應用于很多領域，如貨物傳送，空中攝影，農業測量等。為了將無人機融入現有的蜂窩網絡，在the 3^rd Generation Partnership Project(3GPP)協議中，指出了一種新的應用于無人機通信的技術，其中無人機被用作空中用戶來完成它們所需要執行的任務，并受控于地面蜂窩網絡來保證無人機的安全飛行。在這種新技術下，為了保證無人機用戶和地面用戶共存的前提下，會產生一個嚴峻挑戰，即空對地(air-to-ground(A2G))干擾。已有前人致力于解決這方面的問題，其中文獻“Cognitive UAVcommunication via joint maneuver and power control”(將出版于IEEE Transactionson Communications,2019)中，設A2G信道服從特定的視距(line-of-sight(LoS))信道，文獻“Cellular-connected UAV:Uplink association,power control and interferencecoordination”(將出版于IEEE Transactions on Wireless Communications,2019)中，設A2G信道服從統計的概率LoS信道。但是，上述基于LoS信道和概率LoS信道的假設在實際應用中仍存在一定的缺陷。一方面，關于A2G信道服從特定的LoS信道的假設對應于無人機在郊區等開闊地執行任務并且飛行高度足夠高，但過高的飛行高度會對系統性能帶來一定程度上的損失；另一方面，關于A2G信道服從統計的概率LoS信道的假設對應于無人機在障礙物均勻分布的環境中執行任務，但在實際場景中，城鎮環境下的障礙物很難服從均勻的分布。所以，總的來說，雖然基于LoS信道或者概率LoS信道假設得到的設計結果可以為實際應用提供很好的理論指導，但是由于使用模型的不匹配性，基于上述假設得到的結果在實際環境中會遭到一定程度的損失。

發明內容

本發明的目的是提出一種無人機通信中基于無線電地圖的無人機軌跡設計和功率分配方法，以最大化無人機通信系統的吞吐量，并且控制給原地面共信道鏈路的干擾。

本發明無人機通信中基于無線電地圖的無人機軌跡設計和功率分配方法，其特征在于：

考慮一個實際環境的場景，其中空對地A2G信道會遭到障礙物的遮擋，并且地面的障礙物分布是不均勻的；信道參數---包括參考信道功率增益以及路損指數---與無人機以及地面節點的位置緊密相連，設無人機在通信之前可以利用無線電地圖技術來提前獲取這些具體的信道參數；

根據基于無線電地圖技術獲取的信道參數和信道模型，考慮一個無人機用戶通過共享現有地面鏈路的頻譜資源與一個地面基站通信；為保護現有的地面鏈路，采用認知無線電網絡下的干擾溫度(interference temperature(IT))技術，使得共信道地面鏈路受到來自無人機通信的干擾功率不超過給定的閾值；通過優化無人機的軌跡和發送功率來最大化無人機和其相連基站的可得速率，并受限于無人機的飛行速度，初始位置，發送功率的限制，以及共信道地面鏈路的IT限制；