[發明專利]一種無線供電隱蔽通信系統的資源分配優化方法

有效

• 申請號: 202210410331.7
• 申請日: 2022-04-19
• 公開（公告）號: CN114698123B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 于秦;張博;胡杰;楊鯤;劉雙美;麻澤龍;盧鑫
• 申請（專利權）人: 電子科技大學;電子科技大學長三角研究院（湖州）;四川省水利科學研究院
• 主分類號: H04W72/044
• 分類號: H04W72/044;H04W72/0446;H04K3/00;H04W12/80;H04B7/185;G06F17/18
• 代理公司: 北京艾格律詩專利代理有限公司 11924
• 代理人: 謝毅

1.一種無線供電隱蔽通信系統的資源分配優化方法，包括以下步驟：

S1：建立無人機、合法設備和偵聽者的系統模型，所述無人機和合法設備存在調度策略；

建立系統模型包括以下步驟：

S11：設定系統模型包括一個無人機、多個合法設備和多個偵聽者；確定合法設備、偵聽者的數量和位置；

其中，合法設備的位置為其中b代表合法設備，k代表第k個合法設備，x_b,k和y_b,k分別表示第k個合法設備位于地面的橫縱坐標位置信息；

偵聽者HWs位置表示為其中w代表偵聽者，m代表第m個偵聽者，x_w,m和y_w,m分別表示第m個偵聽者位于地面的橫縱坐標位置信息；

無人機的飛行高度為H，并且一個任務時間為T，飛行的最大速度為V_max，無人機在一個時隙δ_t的最大飛行距離為L＝V_maxδ_t，無人機的軌跡表示為其中a表示無人機，n表示第n個時隙，q_a表示無人機UAV的軌跡；

S12：在第n個時隙，對第k個合法設備用a_k[n]表示調度策略參數，調度策略即針對合法設備提出，表示一個時隙僅允許一個合法設備與無人機進行通信，對第k個合法設備而言，a_k[n]＝1表示該設備在第n個時隙會與無人機通信，a_k[n]＝0表示該設備不會與無人機通信，并且在每個時隙有

S13：設定無人機最大發射功率、平均發射功率；

其中P_a[n]表示無人機發射功率，為無人機平均發射功率，P_max為無人機最大發射功率；

S2、根據系統模型，求得合法設備、無人機的信號模型，設計并確定合法設備的能量模型，包括以下步驟：

S21、無人機自主控制與合法設備之間的距離，結合合法設備的調度策略得到第k個合法設備在第n個時隙的接收信號r_b，k[n]為：

其中P_a[n]表示無人機發射功率，z_b，k[n]表示第k個合法設備LDs的噪聲；s_a[n]表示無人機的傳輸信號；而Ω_ab，k[n]表示無人機到第k個合法設備的信道增益，進一步表達為：

該式中，Ω₀表示參考距離為1m的信道增益參數，q_b,k表示第k個合法設備的位置，q_a[n]就表示無人機在第n個時隙的軌跡，H表示無人機的飛行高度；

S22、得到每個時隙的每個合法設備的接收能量；

其中，每個時隙第k個合法設備的接收能量P_h，k[n]為：

P_h，k[n]＝ηP_a[n]Ω_ab，k[n]

其中P_a[n]表示無人機發射功率，η為能量收割系數，Ω_ab，k[n]表示無人機到第k個合法設備的信道增益；

S23、得到每個時隙無人機的接收信號；

其中，由合法設備調度策略推導得出無人機的接收信號r_a[n]為：

P_b，k[n]代表第k個合法設備LDs的發射功率；z_a[n]表示無人機UAV的接收噪聲；s_b，k[n]表示第k個合法設備LDs發射的調制信號，Ω_ab，k[n]表示無人機UAV到第k個合法設備LDs的信道增益，a_k[n]＝1表示該設備在第n個時隙會與無人機UAV通信，a_k[n]＝0表示該設備不會與無人機UAV通信，并且在每個時隙有

S24、得到所有合法設備的總上行吞吐率；

在第n個時隙，無人機端所接收到的總上行吞吐率R_b，k[n]為：

其中i表示求和計數的臨時變量，σ_a表示無人機UAV接收噪聲的參數信息；

S25、設計并確定合法設備的能量模型；

對于所有合法設備，必須遵循能量因果性，即此時隙所消耗的能量不能夠大于此時隙收割到的能量與之前時隙剩余能量之和，表達式寫為：

其中Q_b，k[n]表示第k個合法設備LD在n個時隙時的總能量，Q₀表示初始能量；i就是一個求和計數的臨時變量；η為能量收割系數；a_k[n]＝1表示該設備在第n個時隙會與無人機UAV通信，a_k[n]＝0表示該設備不會與無人機UAV通信，并且在每個時隙有

S3、分析偵聽者二元假設，在偵聽者位置確定前提下，得到偵聽者的總錯誤偵聽概率；

S4、引入實際場景中偵聽者的位置不確定性，得到結合位置不確定性的總錯誤偵聽概率；

S5、在一次無人機任務時間內，定義優化目標為所有合法設備上行吞吐量，在滿足隱蔽通信，無人機自身限制，合法設備能量限制和調度的條件下得到優化問題；

S6、將優化問題拆解為多個子問題，并用連續凸逼近將各個子問題轉化為凸的子問題；

S7、設計算法交替優化多個子問題，進而得到優化問題的最優解，實施算法后得到最優的無人機軌跡發射功率合法設備調度策略合法設備發射功率以及最優上行總吞吐量

所述算法的過程如下處理：

S71：先通過求解子問題P3得到算法迭代一次后的無人機發射功率、合法設備發射功率；

S72：再將最新得到的無人機發射功率、合法設備發射功率帶入子問題P2.1中更新無人機飛行軌跡；

S73：最后再將最新的無人機發射功率、合法設備發射功率和無人機飛行軌跡帶入子問題P4.1求解得到最新合法設備調度策略；

S74：如果求解結果沒有收斂或精度不符合要求，轉至步驟S11；否則，得到最終結果；

實施算法后可以得到最優的無人機軌跡發射功率合法設備調度策略合法設備發射功率以及最優上行總吞吐量