[發明專利]基于混合無人機空中移動基站的中繼方法和裝置

有效

• 申請號: 202210013202.4
• 申請日: 2022-01-06
• 公開（公告）號: CN114339667B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 郭莉;黃奧;慕熹東;董超
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W4/40
• 分類號: H04W4/40;H04W40/22
• 代理公司: 北京金咨知識產權代理有限公司 11612
• 代理人: 宋教花

1.一種基于混合無人機空中移動基站的中繼方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

被動智能可重構表面的相移矩陣最優解計算步驟，基于預設的無人機軌跡，以最大化被動反射中繼通信速率為目的，計算得出被動智能可重構表面的相移矩陣最優解，基于所述相移矩陣的最優解動態調整被動智能可重構表面在無人機軌跡中每個位置的表面相移；動態調整的被動智能可重構表面的表面相移使得在無人機基于當前無人機軌跡服務時被動反射中繼通信速率達到最優；所述被動反射中繼通信速率基于被動智能可重構表面與地面基站之間的信道條件、被動智能可重構表面與地面用戶之間的信道條件和被動可重構表面的相移矩陣計算得到；基于無人機軌跡計算得到所述被動智能可重構表面與地面基站之間的信道條件和被動智能可重構表面與地面用戶之間的信道條件；

主動解碼轉發中繼裝置的優化發射功率計算步驟，基于預設的無人機軌跡，以最大化主動解碼轉發中繼通信速率為目的，計算得到主動解碼轉發中繼裝置的優化發射功率，并調整主動解碼轉發中繼裝置的發射功率與優化發射功率一致使得無人機基于當前無人機軌跡進行服務時主動解碼轉發通信速率達到最優；

工作模式調度參數優化計算步驟，基于所述被動智能可重構表面的相移矩陣最優解和主動解碼轉發中繼通信裝置的優化發射功率更新混合整數非凸優化模型的被動反射中繼通信速率參數和主動解碼轉發中繼通信速率；保持混合整數非凸優化模型中除工作模式調度參數以外的其他參數不變，并對工作模式調度參數進行松弛后，使用線性規劃的方法計算得到優化的工作模式調度參數；基于所述優化的工作模式調度參數選擇主動解碼轉發中繼工作模式和被動反射中繼工作模式中的一者作為當前的中繼工作模式時使得無人機基于當前軌跡進行服務時的混合移動中繼通信速率達到最大值；

無人機軌跡優化計算步驟，基于所述被動智能可重構表面的相移矩陣最優解、主動解碼轉發中繼通信裝置的優化發射功率和工作模式調度參數更新混合整數非凸優化模型的被動反射中繼通信速率、主動解碼轉發中繼通信速率和工作模式調度參數；保持混合整數非凸優化模型中除無人機軌跡以外的其他參數不變，基于所述混合整數非凸優化模型以最大化混合移動中繼通信速率為目的，使用連續凸逼近和變量替換方法計算得到優化的無人機軌跡，并基于優化的無人機軌跡進行飛行；在無人機充當地面基站和地面用戶之間的空中移動中繼基站的場景中，所述混合整數非凸優化模型為：以無人機飛行限制和通信資源限制為約束，基于被動反射中繼通信速率、主動解碼轉發中繼通信速率、工作模式調度參數、無人機軌跡等參數構建的用于計算無人機混合中繼通信速率的模型，其中，無人機的移動中繼過程時長由預設數量份時隙組成，所述時隙的大小為預設大小；

交替優化步驟，循環執行被動智能可重構表面的相移矩陣最優解計算步驟，主動解碼轉發中繼裝置的優化發射功率計算步驟，工作模式調度參數優化計算步驟和無人機軌跡優化計算步驟，并將本輪循環得到的被動智能可重構表面的相移矩陣最優解、主動解碼轉發中繼裝置的優化發射功率、工作模式調度參數和無人機軌跡作為下輪循環的混合整數非凸優化模型的預設參數，直至滿足混合整數非凸優化模型的拉格朗日對偶條件乘子與其對應不等式約束的乘積始終為零時停止循環，此時中繼方法為無人機基于當前的無人機軌跡進行飛行時，基于當前的工作模式調度參數選擇主動解碼轉發中繼工作模式或被動反射中繼工作模式，當選擇主動解碼轉發中繼工作模式時基于當前的主動解碼轉發中繼裝置的優化發射功率調整主動解碼轉發中繼裝置的發射功率，當選擇被動反射中繼工作模式時基于當前的相移矩陣最優解調整被動智能可重構表面的表面相移。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述無人機的飛行限制為預設的最大飛行速度限制和預設的最小飛行速度限制，以及預設的最大飛行加速度限制。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述通信資源限制為在求解混合整數非凸優化模型時，當前時隙的中繼工作模式對應的功率需小于等于移動中繼過程的平均最大允許通信功率。