[發(fā)明專利]一種IRS輔助無人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110452553.0
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113259836B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海君;張曉奇;隆克平;周明宇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 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(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供一種IRS輔助無人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合優(yōu)化方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。所述方法包括：S101，以網(wǎng)絡(luò)中所有用戶加權(quán)和速率最大化為目標(biāo)，建立關(guān)于UAV初始位置部署、UAV軌跡優(yōu)化、UAV發(fā)射波束形成和IRS相位偏移的聯(lián)合優(yōu)化問題目標(biāo)函數(shù)；S102，將聯(lián)合優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為關(guān)于UAV發(fā)射波束形成和IRS相位偏移的子問題P(A)，對子問題P(A)，更新UAV發(fā)射波束和IRS相位偏移；S103，將聯(lián)合優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成關(guān)于UAV初始位置部署和UAV軌跡優(yōu)化的子問題P(B)，對子問題P(B)，更新無人機(jī)初始水平位置和UAV軌跡；S104，按照S102和S103進(jìn)行迭代計(jì)算，直至達(dá)到收斂條件，則完成聯(lián)合優(yōu)化。采用本發(fā)明，能夠有效解決丟包率高、信號質(zhì)量差、能量損耗大的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種IRS輔助無人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

作為空中飛行基站，無人機(jī)在大部分時(shí)間里能為地面用戶提供視距信道鏈路，具有更好的空對地信道，可以顯著提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。此外，無人機(jī)的高機(jī)動性、靈活部署和敏捷性，使其能夠在緊急情況下快速部署并有效建立按需通信。與傳統(tǒng)通信基礎(chǔ)設(shè)施相比，無人機(jī)部署的成本更低，利用無人機(jī)通信提高無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋是一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的選擇。對于建筑密集地區(qū)，通常需要提高無人機(jī)高度來建立與用戶之間視距連接。但是，增加無人機(jī)高度會導(dǎo)致更大的路徑損失和能量損耗，且高建筑等障礙的物理信號阻擋和干擾會導(dǎo)致高丟包率現(xiàn)象頻發(fā)。

智能反射面(IRS)作為6G的一項(xiàng)新興無線傳輸技術(shù)可用作無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男盘栄a(bǔ)盲，其具有輕便、低成本的特點(diǎn)，可以很容易地安裝在墻壁、天花板、廣告牌、路燈上等。IRS通過在平面上集成大量低成本的無源反射元件，每個(gè)反射單元均可巧妙地調(diào)整入射信號的振幅和相位，從而使得信號的方向和強(qiáng)度在接收端高度可控，可以智能地重新配置無線傳播環(huán)境。當(dāng)用戶或者物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備處于一個(gè)死角之時(shí)，IRS通過智能反射建立視距鏈路繞開障礙，解決信號覆蓋死角問題。在無人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中部署低成本的IRS，讓IRS反射信號與來自目標(biāo)接收節(jié)點(diǎn)處的其他路徑的信號相干地疊加實(shí)現(xiàn)有用信號增強(qiáng)，營造視距環(huán)境，從而提高無人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中無線信號的傳輸可靠性。

然而，在當(dāng)前IRS輔助無人機(jī)通信系統(tǒng)中，如何更好的對無人機(jī)發(fā)射波束、IRS相位、無人機(jī)位置和飛行軌跡進(jìn)行設(shè)計(jì)是保證無人機(jī)通信系統(tǒng)保持所有用戶最大加權(quán)和速率通信的關(guān)鍵，如何進(jìn)行合理的通信優(yōu)化，將直接影響經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供了IRS輔助無人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合優(yōu)化方法，能夠有效解決丟包率高、信號質(zhì)量差、能量損耗大的問題。所述技術(shù)方案如下：

一方面，提供了一種IRS輔助無人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合優(yōu)化方法，該方法應(yīng)用于電子設(shè)備，該方法包括：

S101，以網(wǎng)絡(luò)中所有用戶加權(quán)和速率最大化為目標(biāo)，建立關(guān)于UAV初始位置部署、UAV軌跡優(yōu)化、UAV發(fā)射波束形成和IRS相位偏移的聯(lián)合優(yōu)化問題目標(biāo)函數(shù)；其中，UAV表示無人機(jī)，IRS表示智能反射面；

S102，根據(jù)S101得到的目標(biāo)函數(shù)，給定UAV初始位置部署和UAV軌跡，將聯(lián)合優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為關(guān)于UAV發(fā)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(fā)射波束和IRS相位偏移；

S103，根據(jù)S101得到的目標(biāo)函數(shù)及更新后的UAV發(fā)射波束和IRS相位偏移，將聯(lián)合優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成關(guān)于UAV初始位置部署和UAV軌跡優(yōu)化的子問題P(B)，對子問題P(B)，分別利用增強(qiáng)k-means法和強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法更新無人機(jī)初始水平位置和UAV軌跡；

S104，按照S102和S103進(jìn)行迭代計(jì)算，直至達(dá)到收斂條件，則完成聯(lián)合優(yōu)化。

進(jìn)一步地，在以網(wǎng)絡(luò)中所有用戶加權(quán)和速率最大化為目標(biāo)，建立關(guān)于UAV初始位置部署、UAV軌跡優(yōu)化、UAV發(fā)射波束形成和IRS相位偏移的聯(lián)合優(yōu)化問題目標(biāo)函數(shù)之前，所述方法包括：