[发明专利]一种面对5G无人机通信联合波束与功率的分配方法有效

专利信息
申请号: 201810046874.9 申请日: 2018-01-18
公开(公告)号: CN108419286B 公开(公告)日: 2020-04-17
发明(设计)人: 张奇勋;冯志勇;郑婷婷;张轶凡;尉志青;黄赛 申请(专利权)人: 北京邮电大学
主分类号: H04W52/24 分类号: H04W52/24;H04W52/34;H04W52/38;H04W72/04;H04W72/08;H04B7/06
代理公司: 北京永创新实专利事务所 11121 代理人: 冀学军
地址: 100876 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 面对 无人机 通信 联合 波束 功率 分配 方法
【说明书】:

发明是一种面对5G无人机通信联合波束与功率的分配算法,属于通信领域。首先构建无人机通信架构,毫米波基站发送通信信号,基于自适应波束赋形,计算无人机机群组中每个小型无人机的SINR,并分别计算各自分配的链路容量;然后结合每个小型无人机的链路容量,构建约束条件和目标函数最大化通信架构的系统容量;最后求解目标函数,在毫米波频段对小型无人机群组进行波束和波束功率的资源分配。本发明减少了迭代次数,达到快速波束和功率联合分配,既保证了无人机公平性又使得系统容量得到提升。

技术领域

本发明属于通信领域,具体是一种面对5G无人机通信联合波束与功率的分配方法。

背景技术

无人机作为移动通信设备具有体积小,可视通信面积大,移动性强等优点,能承担一定强度的业务,满足一定特殊区域(如地震、洪水等紧急情况)和特殊场景(重大体育赛事转播)的通信需求,因此被大量的应用在第五代移动通信5G场景中。

目前针对无人机的研究主要集中在飞行控制以及图像防抖采集方面,对于无人机通信方面的研究,有相关文献定义了无人机的通信频段:基于802.11的WIFI通信制式以及LTE通信频段;导致研究场景主要局限于WIFI频段和LTE频段通信,对于无人机组网以及高频段通信的研究较为薄弱,并不能承载高速率高吞吐量等业务场景的需求,并且无法满足功率的高效利用。对于无人机通信资源和信道建模等方面也没有进行相关的研究,导致现有的无人机处于低速率不稳定的通信链路状态。

对于现有的无人机组网以及信道容量研究,存在以下两个方面的技术提升空间。第一,目前对无人机机群通信频段的研究主要是基于802.11WIFI和LTE频段,计算信道容量主要依据业务的请求作为基站的无人机的通信频率。第二,对于无人机机群通信中的波束干扰没有进行有效的数学建模,导致信道容量计算时忽略了波束干扰这一因素带来的影响。

随着第五代移动通信技术的发展,毫米波频段成为5G通信新空口(New Radio),其大带宽高频点高吞吐量等特性为提供高速率的业务(全息投影,虚拟现实)带来新的提升。与此同时,毫米波具有视距传输的特性,抗阻挡能力弱,路径损耗较大,因此适用于视距传输的无人机间通信。

发明内容

本发明基于毫米波频段的无人机机群组间通信基础上,通过动态合理的联合分配波束与功率,在无人机波束干扰以及发射功率限制下,提升无人机机群系统的容量和吞吐量;提出了一种面对5G无人机通信联合波束与功率的分配方法。

具体步骤如下:

步骤一、构建具有毫米波基站和K个小型无人机机群组的两层无人机通信架构;

毫米波基站选用大型无人机,携带Ns(Ns<K)根RF射频链,每根射频链携带Nt根天线,基站无人机具有波束赋形形成多波束的能力,直接指向物理空间上垂直分布的K个小型无人机机群组;K个小型无人机机群组在覆盖范围内形成三维立体均匀分布,机群组中的每个小型无人机均携带单根天线。

K个小型无人机机群组集合为:{1,2,...k,...K};针对第k个无人机群组中的所有小型无人机集合为:{1,2,...i,...Uk}。

步骤二、毫米波基站发送通信信号,基于自适应波束赋形,计算无人机机群组中每个小型无人机的SINR;

针对第k个无人机群中第i个无人机的信噪比,计算公式如下:

是波束b被分配给第k个无人机群组中第i个无人机时,波束b被分配的功率;是波束b被分配给第k个无人机群组中第i个小型无人机的信道增益;n是高斯白噪声;b∈B;B是基站无人机当前的多波束最大数量,且每一个波束服务一个小型无人机。

步骤三、利用每个小型无人机的SINR,分别计算各自分配的链路容量;

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说明:

1、专利原文基于中国国家知识产权局专利说明书;

2、支持发明专利 、实用新型专利、外观设计专利(升级中);

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