[發明專利]一種IRS輔助無人機通信網絡聯合優化方法

有效

• 申請號: 202110452553.0
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113259836B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 張海君;張曉奇;隆克平;周明宇
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/40;H04W24/02;H04W40/32
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種IRS輔助無人機通信網絡聯合優化方法，其特征在于，包括：

S101，以網絡中所有用戶加權和速率最大化為目標，建立關于UAV初始位置部署、UAV軌跡優化、UAV發射波束形成和IRS相位偏移的聯合優化問題目標函數；其中，UAV表示無人機，IRS表示智能反射面；

S102，根據S101得到的目標函數，給定UAV初始位置部署和UAV軌跡，將聯合優化問題轉化為關于UAV發射波束形成和IRS相位偏移的子問題P(A)，對子問題P(A)，分別利用近似線性法和迭代秩極小化法更新UAV發射波束和IRS相位偏移；

S103，根據S101得到的目標函數及更新后的UAV發射波束和IRS相位偏移，將聯合優化問題轉化成關于UAV初始位置部署和UAV軌跡優化的子問題P(B)，對子問題P(B)，分別利用增強k-means法和強化學習算法更新無人機初始水平位置和UAV軌跡；

S104，按照S102和S103進行迭代計算，直至達到收斂條件，則完成聯合優化；

其中，在以網絡中所有用戶加權和速率最大化為目標，建立關于UAV初始位置部署、UAV軌跡優化、UAV發射波束形成和IRS相位偏移的聯合優化問題目標函數之前，所述方法包括：

設IRS輔助無人機通信網絡中的無人機及IRS到用戶的下行鏈路中，有K架無人機，對應的所有用戶分為K個簇，第k架無人機對應的用戶簇為簇k，每架無人機與M_k個用戶進行通信，簇k中第i個用戶(k,i)在時隙n時接收信噪比γ_k,i[n]為：

其中，d_k,i[n]表示在IRS輔助無人機通信網絡下行鏈路中無人機k與用戶(k,i)之間在時隙n時的直接鏈路等效基帶信道向量，上標H表示共軛轉置；R_k,i[n]為簡寫形式，diag()表示對角矩陣，r_k,i[n]表示IRS與用戶(k,i)之間在時隙n時的等效基帶信道向量，G_k[n]表示無人機k與相應的IRS之間的等效基帶信道向量；θ表示IRS相位偏移矩陣，θ_m為IRS上第m個元素的反射系數，M為IRS上的反射元素個數，表示IRS上第m個元素的相位；w_k,i[n]、w_k,j[n]分別為時隙n時無人機k在用戶(k,i)、(k,j)處的發射波束形成矢量，為用戶接收機加性高斯白噪聲的功率；

其中，建立的聯合優化問題目標函數P表示為：

P:

s.t C1:

C2:

C3:

C4:

C5:q_k[0]＝q_I,q_k[N]＝q_F

其中，表示UAV發射波束，表示無人機的初始位置部署，表示無人機的軌跡，C1表示無人機發射功率約束，C2表示IRS的相位偏移約束，C3表示了任意兩架無人機之間保持不相撞的最小距離約束，C4保證了無人機在極小時隙內相當于位置無變動，C5規定了無人機起始和結束位置，ω_k,i[n]表示用戶(k,i)在無人機k與相應用戶簇中的優先級，P_k表示第k架無人機的最大發射功率，q_k[n]、q_l[n]分別表示第k架無人機和第l架無人機的水平位置，△_min表示任意兩架無人機之間避免碰撞的最小距離，V_max、T和N分別表示無人機最大飛行速度、最大飛行時間和飛行時間被分成的N個時隙，q_I、q_F分別表示無人機的初始位置和終點位置。