[發明專利]無人機集群網絡通信方法

有效

• 申請號: 202110459518.1
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113296399B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 馮偉;林越山;葛寧;魏鵬
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 張睿

本發明提供一種無人機集群網絡通信方法，方法包括：獲取基于非正交多址通信的無人機集群網絡中待求解優化問題的優化變量的初值；根據預設凸優化問題求解工具和待求解優化問題的優化變量所遵循的目標約束條件，采用迭代的方法對待求解優化問題的優化變量進行優化，以獲取無人機集群網絡中對于小尺度分布平均的最小用戶速率和最優功率分配方案。本發明提供的無人機集群網絡通信方法，相較已有的傳統OMA方案和基于發端已知完整信道信息優化功率分配的NOMA方案，能夠有效提高平均最小用戶速率，從而顯著提升無人機通信系統的吞吐率，實現無人機通信系統的高效多址接入。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種無人機集群網絡通信方法。

背景技術

采用無人機通信系統實現廣域覆蓋，需要考慮選取合適的多址方式。廣域通信系統中，用戶呈現稀疏分布的特征，因此用戶之間的信道衰落水平相差較大。如果采用傳統的正交多址方式(OMA)，如時分多址(TDMA)和正交頻分多址(OFDMA)等，在保證用戶公平性的前提下，系統的吞吐率會受到信道衰落最大的用戶的傳輸速率限制，對信道資源的利用率較低。

在NOMA無人機通信系統中，為了最大化用戶的最小傳輸速率，需要對用戶的功率分配方案進行優化。當前關于NOMA無人機通信系統的研究主要有兩方面局限性。其一是當前工作大多考慮單無人機的功率分配問題，而在多無人機系統中考慮每個無人機只對部分用戶進行覆蓋，從而簡化成多個單無人機問題，缺少多無人機協同傳輸下的功率分配問題的相關研究；其二是當前的絕大多數研究工作在優化功率分配時假設發端已知完整的信道信息，然而在實際情況中，無人機和用戶的位置都可能快速變化，實時獲取完整信道信息的難度較大。

發明內容

本發明提供的無人機集群網絡通信方法，用于克服現有技術中存在的上述問題，能夠有效提高平均最小用戶速率，從而顯著提升無人機通信系統的吞吐率，實現無人機通信系統的高效多址接入。

本發明提供的一種無人機集群網絡通信方法，包括：獲取基于非正交多址通信的無人機集群網絡中待求解優化問題的優化變量的初值；

根據預設凸優化問題求解工具和所述待求解優化問題的優化變量所遵循的目標約束條件，采用迭代的方法對所述待求解優化問題的優化變量進行優化，以獲取所述無人機集群網絡中對于小尺度分布平均的最小用戶速率和最優功率分配方案；

其中，所述待求解優化問題的優化變量包括每臺無人機分別分配給第一用戶的第一功率、每臺無人機分別分配給第二用戶的第二功率和預設中間優化變量；

所述預設中間優化變量包括預設第一中間優化變量、預設第二中間優化變量和預設第三中間優化變量；

所述對于小尺度分布平均的最小用戶速率是根據發送端的大尺度信道信息和小尺度分布信息確定的。

根據本發明提供的一種無人機集群網絡通信方法，所述獲取基于非正交多址通信的無人機集群網絡中待求解優化問題的優化變量的初值，包括：確定所述預設第三中間優化變量的初值、預設第一中間優化子變量的初值、預設第三中間優化子變量的初值和預設第五中間優化子變量的初值；

根據每臺無人機的最大發射功率確定所述第一功率的初值和所述第二功率的初值；

根據所述每臺無人機的最大發射功率、所述無人機集群網絡中無人機總數、預設系統噪聲方差和無人機到第一用戶的大尺度信道衰落的最大值，確定預設第二中間優化子變量的初值；

根據所述每臺無人機的最大發射功率、所述無人機集群網絡中無人機總數、所述預設系統噪聲方差和無人機到第二用戶的大尺度信道衰落的最大值，確定預設第四中間優化子變量的初值；

根據所述每臺無人機的最大發射功率、所述無人機總數、所述預設系統噪聲方差、每臺無人機到第一用戶的大尺度信道衰落和所述預設第一中間優化子變量的初值，確定預設第六中間優化子變量的初值；