[發明專利]基于多階信息速率的多無人機蜂窩頻譜動態接入方法

有效

• 申請號: 202110872005.3
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113630740B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 張周;謝佳;趙維維;王彤彤;陳小慶;趙潤森
• 申請（專利權）人: 天津（濱海）人工智能軍民融合創新中心
• 主分類號: H04W4/40
• 分類號: H04W4/40;H04W16/14;H04W40/32
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種基于多階信息速率的多無人機蜂窩頻譜動態接入方法，該方法構建無人機蜂群網絡架構模型，將頻譜共享問題分為信道調度和功率分配兩個子問題，采用多階功率選擇算法來進行微蜂窩內部各資源單元RU的功率分配。本發明用于協調同頻微蜂窩之間的頻譜調度和功率分配，實現密集環境下多動態無人機微蜂窩小區間的頻譜共享和干擾協調，使得同一頻率載波能夠在相鄰的不同無人機微蜂窩集群間多次復用，以分布式方法優化本蜂窩內的信道調度和功率分配，充分利用有限的頻譜資源。在系統級仿真軟件中構建了雙層網絡構架，實現了相關信令交互流程，包括包格式定義、信令交互、狀態轉換等，仿真結果驗證了本發明方法對網絡容量性能的顯著提升。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種基于多階信息速率的多無人機蜂窩頻譜動態接入方法。

背景技術

近年來，國內外己開展了不少有關無線異構網絡資源分配方面的基礎性研宄工作，尤其是針對無線異構網絡中的干擾問題和能耗問題，試圖通過對無線資源進行有效地分配利用、最大限度地發揮每種資源的優勢，從而改善網絡系統業務傳輸性能，提升用戶體驗質量的同時，實現綠色節能通信。

低功率節點部署密集化帶來網絡容量提升的同時，也加劇了無線異構網絡中的跨層干擾和同層干擾的驟增。因此，干擾問題己經成為限制無線異構網絡容量提升以及用戶側的Qos需求滿意度的最主要因素。如何解決頻譜資源共享時引起的干擾問題己經成為頻譜資源分配研究領域的關鍵。干擾協調技術作為一種有效的干擾管理手段，根據頻譜資源分配的方式主要分為靜態干擾協調和動態干擾協調。靜態干擾協調包括傳統的全頻率復用以及部分頻率復用(FFR)，其中部分頻率復用包含分段頻譜復用(PSR)、嚴部分頻率復用(Strict?FFR)以及軟頻率復用(SFR)。動態干擾協調是指根據網絡優化目標，如系統容量最大化、能效最大化以及干擾最小化等，以用戶Qos需求作為約束條件，動態優化無線資源實現無線異構網絡干擾避免與抑制。

目前常用的傳統PSR方案規定微蜂窩根據自身的業務流量負載復用某一段宏蜂窩網絡的授權頻譜，雖然減輕了微蜂窩與宏蜂窩之間的跨層干擾，但同時頻譜效率的提升得到了很大的限制。因而，提出了StrictFFR的概念，在該策略中，處于宏蜂窩中心區域的微蜂窩用戶與該區域中的宏蜂窩用戶共享同一段頻譜資源，而處于宏蜂窩邊緣區域的微蜂窩用戶之間以及微蜂窩用戶與宏蜂窩用戶使用正交的頻譜資源。因而，除了宏蜂窩中心區域范圍以外，不同層之間的用戶以及同層之間的用戶，可以共享某一段頻譜資源外，其邊緣區域中，不同層之間的用戶以及同層之間的用戶都使用正交的頻譜資源。這種方案最大的優點就是極大地減輕了宏蜂窩邊緣區域用戶之間的干擾，但還是不能完全充分地使用所有頻譜資源，因而會損失一部分系統容量進一步提升的可能。SFR策略允許邊緣區域的用戶與相鄰蜂窩中心區域的用戶共享同一段頻譜資源，該策略對于微蜂窩和宏蜂窩小區都適用。但是，該策略在試圖提升系統容量的同時，引起的邊緣區域的強干擾問題，是不能忽視的。從而干擾問題成為了FFR技術提升頻譜效率以及系統容量的瓶頸。

基于以上對現有研究的分析，可以看出如何實現蜂群中超密集網絡、異構蜂窩網絡、高動態網絡等多種復雜網絡場景中穩健高效的頻譜共享仍然是當前技術的難點，存在較大的理論挑戰。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于多階信息速率的多無人機蜂窩頻譜動態接入方法，實現動態移動的無人機微蜂窩集群間的頻譜共享和干擾協調，使得同一頻率載波能夠在相鄰的不同無人機微蜂窩集群間多次復用，考慮離散信道速率形式，以分布式方法優化本蜂窩內的信道調度和功率分配，充分利用有限的頻譜資源。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于多階信息速率的多無人機蜂窩頻譜動態接入方法，構建無人機蜂群網絡架構模型，將頻譜共享問題分為信道調度和功率分配兩個子問題，采用多階功率選擇算法來進行微蜂窩內部各資源單元RU的功率分配；具體步驟如下：

步驟1：初始建網階段，對于無人機雙層蜂窩網絡，當完成初步建網，即簇內有簇子節點和簇首后，簇首選擇啟動資源調度；