[發明專利]一種無人機通信質量的優化方法及系統

在審

• 申請號: 202010213212.3
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111405582A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 李久常;林建圳;何春龍;唐能;劉賽
• 申請（專利權）人: 深圳以正科技有限公司
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W16/22;H04W24/02;H04B7/185
• 代理公司: 廣東前海律師事務所 44323
• 代理人: 周林

1.一種無人機通信質量的優化方法，其特征在于，包括：

步驟S1、搭建系統模型，確定無人機通信質量優化應滿足的約束條件，所述約束條件包括無人機視距通信的條件，并設定視距鏈路概率大于預設閾值；

步驟S2、根據所述約束條件，優化無人機發射功率、用戶關聯和調度、無人機軌跡中的任一項或多項，從而最大化所有物聯網設備的最小數據速率。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S1具體為：

假設無線通信系統中，無人機飛行在N個物聯網設備之上，并向它們發送數據，假設所有物聯網設備都只有一根天線，則有：

C1:a_i[t]＝{0,1} (1)

其中，C1表示第一約束條件，a_i[t]＝1表示無人機決定在第t時隙中將數據發送到第i個物聯網設備，1≤i≤N，N為大于1的正整數；a_i[t]＝0表示無人機決定在第t時隙中不將數據發送到第i個物聯網設備；

假設物聯網設備是由無人機以時分多址的方式發送信號的，則有：

其中，C2表示第二約束條件，假設物聯網設備的坐標為(x_i,y_i)，無人機在t時隙中的坐標為(x[t]；y[t]；h[t])，無人機的軌跡用位置序列q[t]＝[x[t]；y[t]；h[t]]來表征，則有：

C3:q[1]＝q[T] (3)

其中，C3表示第三約束條件，C4表示第四約束條件，T表示T時刻，無人機的整個運動時間是T，S_max＝V_max·T[t]是無人機在t時隙內行走的最大水平距離，Vmax是無人機飛行的最大速度，T[t]表示t時隙持續的時長；

第i個物聯網設備與無人機之間的水平距離為：

在第t個時隙中，第i個物聯網設備與無人機之間的距離為：

在實際中，h[t]有以下約束：

C5:h_min≤h[t]≤h_max (7)

其中，C5表示第五約束條件，h[t]表示無人機與物聯網設備的垂直高度，h_min表示無人機與物聯網設備垂直高度的最小值，h_max表示無人機與物聯網設備垂直高度的最大值；

基于實際的三維信道模型，無人機和第i個物聯網設備之間的空對地信道的視距鏈路概率建模為：

其中a和b是由環境定義的正常數，θ_i[t]是物聯網設備與無人機的仰角，

指定所述空對地信道的視距鏈路概率大于閾值ε_LoS，則有：

C6:a_i[t]Ds_i[t]≤h[t] (9)

其中，C6表示第六約束條件，常數

對于無人機和第i個物聯網設備的視距鏈路，將信道功率增益表示為自由空間路徑損耗模型：

g_i[t]＝ρ₀(d_i[t])^-2 (10)

其中ρ₀表示參考距離1m的信道功率；

設B是從無人機到物聯網設備的下行鏈路信道的總帶寬，每個物聯網設備用等帶寬B＝B/N分配；p_i[t]表示作為無人機的發射功率，第i個物聯網設備處的接收信噪比表示為：

其中，σ²表示高斯白噪聲，對于無人機發射功率，則有：

C7:p_i[t]≤P_max (12)

如果無人機決定在t時隙將數據發送到物聯網設備，則數據速率可表示為：

r_i[t]＝log₂(1+γ_i[t]) (13)

數據速率應滿足服務質量QoS如下：

其中，C7表示第七約束條件，C8表示第八約束條件，η為待求變量。