[發明專利]一種無人機輔助的6G異構網絡綠色資源分配方法

在審

• 申請號: 202211232122.4
• 申請日: 2022-10-10
• 公開（公告）號: CN116056198A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 秦鵬;武雪;伏陽;付民;和昊婷;王淼
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H04W52/14
• 分類號: H04W52/14;H04W52/34;H04W72/0453;H04B7/185
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本發明公開了一種無人機輔助的6G異構網絡綠色資源分配方法。所述方案包括：首先，設置無人機按照預定軌跡飛行，將無人機作為中繼，連接飛艇和用戶。其次，設置無人機按照預定軌跡飛行，采用C?NOMA實現信道復用，并引入無人機的推進功耗模型和時隙模型，通過設計一些合理的限制，將信道選擇轉化為匹配問題，基于得到的信道選擇對發射功率進行優化。最后采用匹配和拉格朗日對偶分解法解決資源分配問題。本發明系統提高了系統的能量效率和頻譜效率，有效提升系統低碳綠色性能。

技術領域

本發明涉及6G異構網絡領域，具體為一種無人機輔助的6G異構網絡綠色資源分配方法。

技術背景

盡管第五代(5G)移動通信可以滿足熱點地區物聯網應用的需求，但在一些偏遠地區幾乎沒有5G覆蓋，且地面網絡的資源部署靈活性差、應急能力弱，偏遠地區仍然迫切需要更經濟高效的網絡覆蓋。第六代(6G)移動通信技術通過基于非地面網絡構建空地一體網絡，可實現網絡的無縫覆蓋與海量物聯設備的泛在接入。與天基衛星通信相比，無人機以其更低的成本、較低的路徑損耗、較高的視線連接能力和動態部署特性被廣泛關注。與此同時，飛艇具有成本低、容量大等優點，可以實現廣域覆蓋。因此，將無人機作為中繼，飛艇作為回程基站，是解決偏遠地區、災區以及熱點地區的通信覆蓋不足問題的重要方法。

匹配博弈理論作為一種數學工具，源于對男女婚配問題和大學錄取問題的研究。婚配問題中每位男士最多僅能與一位女士匹配，每位女士同樣最多僅能與一位男士匹配，表現為一對一雙邊匹配；大學錄取中每所學校可錄取多名學生，而每位學生僅能進入一所學校，表現為一對多匹配。匹配博弈基于2個基本假設:一是匹配雙方參與者集合互不相交，且不能互換；二是匹配需經過雙方一致同意才能形成。將用戶—信道選擇問題抽象為多對一匹配博弈，在保證用戶QoS的同時，最大化系統能效。

本發明采用C-NOMA技術復用信道，考慮了無人機的推進功耗影響，基于匹配和拉格朗日對偶分解法解決信道選擇和功率優化問題，在保證服務質量的同時有效降低了系統的復雜度，提升系統整體性能。

發明內容

為了解決上述問題，本發明公開了一種無人機輔助的6G異構網絡綠色資源分配方法。所述方案包括：首先，設置無人機按照預定軌跡飛行，將無人機作為中繼，連接飛艇和用戶。其次，采用C-NOMA實現信道復用，并引入無人機的推進功耗模型和時隙模型，通過設計一些合理的限制，將信道選擇轉化為匹配問題，基于得到的信道選擇對發射功率進行優化。最后采用匹配和拉格朗日對偶分解法解決資源分配問題。本發明系統提高了系統的能量效率和頻譜效率，有效提升系統低碳綠色性能。

基于C-NOMA的空地一體異構網絡模型中包括一架高度為g_A的飛艇、共享帶寬為W的信道的架無人機與個地面終端。將無人機占用的頻帶資源均勻地劃分為M段，使各架無人機工作在不同的頻帶，其間不存在干擾。將每個無人機所占用的頻帶資源劃分為條子信道。無人機為通過C-NOMA集群的用戶服務。無人機的飛行時隙包括個時隙，每個時隙為ΔT。無人機在時間T＞0內周期飛行，飛行一周后回到起點，且一直保持在固定高度令r_m(t)＝(x_m(t)，y_m(t))，分別表示第m個無人機的軌跡、速度與加速度。用S_n表示第n個終端的位置，其中S_n＝(x_n，y_n，0)。終端與無人機、無人機與飛艇之間的通信被認為是視距傳輸，信道衰落為萊斯衰落。

無人機到地面智能設備的距離為

則第l條子信道的第n個終端與第m架無人機之間的信道功率增益可以表示為

第m個無人機到飛艇的信道增益可表示為：

其中G₂為飛艇的定向天線增益。