[發(fā)明專利]非理想毫米波無線供電通信無人機網(wǎng)絡(luò)的功率分配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010350962.5
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN111556460B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張超;王曼
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04W4/44
• 分類號: H04W4/44;H04W52/24;H02J50/00;H02J50/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

1.非理想毫米波無線供電通信無人機網(wǎng)絡(luò)的功率分配方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、無人機和地面用戶端組成非理想毫米波無線供電通信網(wǎng)絡(luò)，無人機向地面用戶端發(fā)射信號，地面用戶端將接收到的信號根據(jù)功分系數(shù)分配，一部分轉(zhuǎn)化為能量用于自身信息傳輸和其它操作，另一部分用于信息解碼獲得信息，具體為：

S101、假設(shè)無人機分布在高度為h_v的平面上，水平坐標為v，并且在平面上服從一個強度為λ的齊次泊松點過程Φ，用戶的高度為h_u，水平坐標為u，每個無人機的三維坐標可以分別表示為V＝(v,h_v)，U＝(u,h_u)，表示三維空間，表示二維平面，隨機選擇一個地面用戶作為典型用戶并設(shè)典型用戶位于原點，用戶與其對應(yīng)的關(guān)聯(lián)無人機通信，關(guān)聯(lián)無人機坐標為V₀＝(v₀,h_v)，典型用戶與其關(guān)聯(lián)的無人機的水平距離為r₀＝||v₀||；

S102、對于一個坐標為V＝(v,h_v)的無人機，它服務(wù)的用戶位置為U＝(u,h_u)，則兩者之間的水平傳輸距離為z＝||v-u||；當水平傳輸距離為z時，根據(jù)鏈路視距概率P_L(δ(z))確定基于毫米波的無人機無線供電通信網(wǎng)絡(luò)的路徑損耗函數(shù)L(z)，δ(z)是一個關(guān)于水平傳輸距離的函數(shù)，表示向下取整，λ_a表示障礙物的密度，λ_b表示建筑物區(qū)域在研究區(qū)域的占比；

S103、考慮每條鏈路的信道為Nakagami信道，每條鏈路的小尺度增益服從不同參數(shù)的獨立的伽馬分布，無人機獲得由于信道反饋受限導致的非理想估計信道狀態(tài)信息，確定關(guān)聯(lián)無人機的信道；

S2、采用基于余弦函數(shù)的一種近似天線模型確定發(fā)射機的定向天線增益，根據(jù)非關(guān)聯(lián)波束增益的模型確定非關(guān)聯(lián)鏈路波束增益的概率密度函數(shù)；

S3、基于考慮的毫米波無人機網(wǎng)絡(luò)模型，求解得到包含收發(fā)機硬件損傷噪聲的信息覆蓋概率，信息覆蓋概率表達式中包含功分系數(shù)；

S4、基于考慮的網(wǎng)絡(luò)模型，求解得到包含收發(fā)機硬件損傷噪聲的能量覆蓋概率，能量覆蓋概率表達式中包含功分系數(shù)；

S5、基于考慮的非理想毫米波無人機網(wǎng)絡(luò)模型，得到的信息覆蓋概率和能量覆蓋概率表達式，在保證能量覆蓋概率大于設(shè)定值的條件下，計算得到信息覆蓋概率最大的功分系數(shù)ρ^*作為功分系數(shù)的最優(yōu)值，優(yōu)化系統(tǒng)性能。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非理想毫米波無線供電通信無人機網(wǎng)絡(luò)的功率分配方法，其特征在于，步驟S102中，鏈路視距概率為：

其中，h_v為無人機的高度；h_u為用戶的高度；Δh為無人機與用戶的高度差，Δh＝||h_v-h_u||；每個建筑物的高度是服從尺度參數(shù)為∈的瑞利分布的隨機變量；基于毫米波的無人機無線供電通信網(wǎng)絡(luò)的路徑損耗函數(shù)表示為：

其中，為一個成功概率為t的伯努利隨機變量；P_L(δ)是視距概率；C_L是視距路徑損耗截距；z為無人機與用戶的水平距離；Δh為無人機與用戶的高度差；α_L是視距路徑損耗指數(shù)；C_N是視距路徑損耗截距；α_N是視距路徑損耗指數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非理想毫米波無線供電通信無人機網(wǎng)絡(luò)的功率分配方法，其特征在于，步驟S103中，關(guān)聯(lián)無人機的信道h為：

其中，為理想信道；為信道估計誤差，τ為表征關(guān)聯(lián)無人機的信道估計的質(zhì)量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非理想毫米波無線供電通信無人機網(wǎng)絡(luò)的功率分配方法，其特征在于，步驟S2中，非關(guān)聯(lián)鏈路波束增益的概率密度函數(shù)為

其中，N_t為天線陣列的天線數(shù)量；g為波束增益；δ(·)為沖激函數(shù)；為旁瓣增益為0的概率。