[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

本發明提供一種基于混合無人機空中移動基站的中繼方法和裝置，所述方法包括：基于預設的無人機軌跡計算被動智能可重構表面的相移矩陣最優解并更新混合整數非凸優化模型；基于預設的無人機軌跡計算主動解碼轉發中繼裝置的優化發射功率并更新混合整數非凸優化模型；基于當前的混合整數非凸優化模型求出工作模式調度函數并更新混合整數非凸優化模型；基于當前的混合整數非凸優化模型求出優化的無人機軌跡；使用交替優化算法重復上述步驟至滿足預設條件時獲得混合無人機移動中繼方法。本發明能夠在主動解碼轉發中繼應用效果不佳的區域啟用被動智能可重構表面以協助通信，實現地面節點間更有效的數據中繼。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種基于混合無人機空中移動基站的中繼方法和裝置。

背景技術

無人機(UnmannedAerial Vehicle，UAV)由于其高機動性、易于部署和低成本等特性，在民用和軍事領域的應用都得到了顯著擴展。一般來說,無人機飛行在高空中通常具有更高的概率與地面用戶建立視距鏈路,與地面衰落信道相比，它可以提供更好的信道條件,甚至可以基于它的實時位置預測信道狀態信息。在第六代移動通信中，智能可重構表面(Reconfigurable Intelligent Surface，RIS)被認為是未來無線網絡中一種極具潛力的技術。具體來說，智能可重構表面是一種由大量低成本的被動無源反射元件組成的平面，每個元件都能夠獨立地誘導入射信號的相位對準和幅度改變。由于智能可重構表面不采用射頻鏈路，而只是被動地反射信號，因此它們的部署成本相對較低，并且易于與現有的無線網絡兼容。在以往大多數有關通信中繼技術的研究中，主動解碼轉發(Decode-and-Forward，DF)中繼和被動智能可重構表面都被視為是兩種相互競爭的技術。其中，主動解碼轉發中繼一般工作在半雙工(HalfDuplex，HD)模式，而智能可重構表面工作在全雙工(Full Duplex，FD)模式。

基于主動解碼轉發中繼實現的無人機移動中繼方案為通過在無人機上搭載主動解碼轉發中繼節點實現基站和用戶之間的信息轉發，其由于受限制因素較多，當無人機上搭載的主動解碼轉發中繼節點靠近基站或用戶任何一端時，需要分配更多的發射功率以最大化網絡吞吐量。這種單一的中繼方式無法積極響應由無人機位置變化帶來的中繼效果惡化，極大限制了無人機充當空中移動中繼的可操作性，無法適用于實際通信環境。此外，主動解碼轉發中繼通常以半雙工模式工作，因此頻譜效率較低。另一方面，基于傳統被動智能可重構表面實現的中繼方案通常僅依靠建筑物表面附著固定高度的智能可重構表面對入射信號進行反射來實現通信連接。由于被動智能可重構表面位置固定，無法通過動態的拓撲調整響應區域內移動客戶端的中繼需求，將造成信息轉發質量的下降。

因此，如何使用被動智能可重構表面對傳統的主動解碼轉發移動中繼性能進行補充成為亟待解決的技術問題

發明內容

鑒于此，本發明實施例提供了一種基于主動解碼轉發中繼裝置和被動智能可重構表面的混合無人機移動中繼方法，以消除或改善現有技術中存在的一個或更多個缺陷。

本發明的一個方面提供一種基于混合無人機空中移動基站的中繼方法，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；