[發(fā)明專利]一種5G通信系統(tǒng)用戶關(guān)聯(lián)、無人機部署及資源分配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110572618.5
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113285777B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 柴蓉;賀林;陳米鈴;陳前斌
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號: H04B17/382
• 分類號: H04B17/382;H04B17/391;H04W16/18;H04W16/22
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 廖曦

1.一種5G通信系統(tǒng)用戶關(guān)聯(lián)、無人機部署及資源分配方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

S1：建模用戶-信道關(guān)聯(lián)變量；

S2：建模UAV基站部署區(qū)域，其中UAV表示無人機；

S3：建模鏈路傳輸速率；

S4：建模鏈路傳輸時延；

S5：建模EU和速率，其中EU表示增強移動寬帶用戶；

S6：建模RU時延和，其中RU表示超高可靠低時延用戶；

S7：建模MU能耗和，其中MU表示海量機器類通信用戶；

S8：建模用戶-信道關(guān)聯(lián)、無人機部署及資源分配限制條件；

S9：基于系統(tǒng)多目標優(yōu)化確定用戶關(guān)聯(lián)、無人機部署及資源分配策略；

假設(shè)系統(tǒng)存在多種5G用戶，包括M₁個EU、M₂個RU及M₃個MU，各類用戶均需發(fā)送數(shù)據(jù)至核心網(wǎng)；令EU_i表示第i個EU用戶，1≤i≤M₁；RU_j表示第j個RU用戶，1≤j≤M₂；MU_l表示第l個MU用戶，1≤l≤M₃；令M＝M₁+M₂+M₃表示系統(tǒng)中所有用戶數(shù)，UE_m表示第m個用戶；令S_m表示UE_m需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，1≤m≤M；

為實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)通過無人機傳輸至核心網(wǎng)，部署UAV基站、UAV中繼及UAV網(wǎng)關(guān)，假設(shè)所部署UAV總數(shù)N，令表示第n₁個UAV基站，1≤n₁≤N₁；表示第n₂個UAV中繼，1≤n₂≤N₂；表示第n₃個UAV網(wǎng)關(guān)，1≤n₃≤N₃；令N＝N₁+N₂+N₃表示系統(tǒng)中所部署UAV總數(shù)，U_n表示第n個UAV，1≤n≤N；

假設(shè)EU與RU能接入UAV基站，MU能通過與EU關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)至核心網(wǎng)；系統(tǒng)采用正交頻分多址方式傳輸數(shù)據(jù)，每個子信道的帶寬為B；

步驟S1中，建模用戶-信道關(guān)聯(lián)變量，具體包括：令為用戶接入模式選擇變量，表示UE_m與進行關(guān)聯(lián)，反之，令為MU關(guān)聯(lián)變量，表示MU_l與EU_i進行關(guān)聯(lián)，反之，令為無人機關(guān)聯(lián)變量，表示與關(guān)聯(lián)傳輸UE_m的數(shù)據(jù)，反之表示與關(guān)聯(lián)傳輸UE_m的數(shù)據(jù)，反之，

步驟S2中，建模無人機基站部署區(qū)域，具體包括：將無人機部署區(qū)域建模為三維網(wǎng)格，令分別為網(wǎng)格中行、列、垂直方向最大點數(shù)，α_x,y,z,n為UAV部署位置優(yōu)化變量，若α_x,y,z,n＝1，表示U_n的部署位置為三維網(wǎng)格中水平方向第x行第y列垂直方向第z行，其中

步驟S3中，建模鏈路傳輸速率，具體包括：

(1)令為UE_m與關(guān)聯(lián)進行數(shù)據(jù)傳輸對應(yīng)的傳輸速率，建模為：其中，P_m為UE_m的發(fā)射功率，σ²為噪聲功率，為UE_m與之間的鏈路信道增益，建模為h_o表示單位距離的信道增益，表示UE_m與之間的距離，λ表示信道傳播衰落指數(shù)；

(2)令表示傳輸數(shù)據(jù)至對應(yīng)的鏈路傳輸速率，建模為：

其中，為的發(fā)射功率，為與之間的鏈路信道增益；

(3)令表示與之間的鏈路傳輸速率，建模為：其中，為的發(fā)射功率，為與之間鏈路信道增益；

(4)令表示為MU_l接入EU_i進行數(shù)據(jù)傳輸時的傳輸速率，建模為：其中，P_l^mu為MU_l的發(fā)射功率，為MU_l與EU_i之間鏈路增益；

步驟S4中，建模鏈路傳輸時延，具體包括：

(1)令表示UE_m傳輸數(shù)據(jù)至對應(yīng)時延，建模為S_m表示UE_m擬傳輸數(shù)據(jù)量；

(2)令表示傳輸UE_m的數(shù)據(jù)至對應(yīng)時延，建模為

(3)令表示傳輸UE_m的數(shù)據(jù)至對應(yīng)的時延，建模為

步驟S5中，建模EU和速率，具體包括：令R^eu表示EU的和速率，建模為：其中，為EU_i的傳輸速率，建模為

步驟S6中，建模RU時延和，具體包括：令D^ru表示RU的時延和，建模為其中，表示RU_j用戶傳輸數(shù)據(jù)至核心網(wǎng)的時延，建模為：

步驟S7中，建模MU能耗和，具體包括：令E^mu為MU能耗和，建模為：其中，表示MU_l傳輸數(shù)據(jù)至EU的能耗，建模為：其中，為MU_l接入EU_i進行數(shù)據(jù)傳輸時對應(yīng)的能耗，建模為

所述步驟S8具體包括：

(1)建模用戶-信道關(guān)聯(lián)限制條件，包括：

①MU_l的信道關(guān)聯(lián)限制條件為：

②UE_m的信道關(guān)聯(lián)限制條件為：

③UAV的信道關(guān)聯(lián)限制條件為：

(2)建模無人機部署限制條件，包括：

①

②

(3)建模資源分配限制條件，包括：

①UE_m的傳輸速率限制條件為其中，R_m，分別為UE_m的傳輸速率及最小傳輸速率門限，1≤m≤M；

②UE_m的發(fā)送功率限制條件為其中，為UE_m的最大發(fā)送功率門限；

③U_n的發(fā)送功率限制條件為其中，為U_n的最大發(fā)送功率門限；

步驟S9具體包括：在滿足用戶信道關(guān)聯(lián)、無人機部署及資源分配限制條件下，以EU和速率最大化、MU總能耗及RU端到端時延總和最小化為目標建模多目標優(yōu)化問題，并基于多目標優(yōu)化方法確定無人機部署、用戶關(guān)聯(lián)及資源分配策略如下：

其中，分別表示優(yōu)化后的α_x,y,z,n,