[发明专利]一种基于交替方向乘子法的无人飞行器中继系统分布式资源优化方法

说明书

本发明公开了一种基于交替方向乘子法的无人飞行器中继系统分布式资源优化方法，包括初始化系统变量，设计松弛和对偶等辅助变量，构造为ADMM问题，并将其解耦以便分布式求解，在每个地面在每个地面用户处求解增广拉格朗日问题，得到原始和松弛变量，并将其从而更新对偶变量，并重复求解更新的步骤直至满足设定的终止条件，最后根据公式计算系统最大吞吐量。采用交替方向乘子法的分布式资源优化方法，具有较高的精度，能够以较少的迭代次数达到预期性能，同时由于分布式思想的引入，可以在每个地面用户处进行部分计算，减少UAV中继的计算开销，提升系统的整体性能。

技术领域

本发明涉及一种无线通信领域，特别是一种基于交替方向乘子法的无人飞行器中继系统分布式资源优化方法。

背景技术

随着无人飞行器控制技术的发展，在移动中继系统中，采用UAV作为中继的载体是十分常见且较为方便快捷的方法。但是，受限于UAV的电池续航能力、输出功率、缓存区容量、计算能力等限制，随着地面通信用户的增多，集中式解决方案将带来巨大的开销，UAV控制的实时性也很难得到良好的保证。UAV是典型的机载资源严重受限的节点，每传输1bit都非常消耗能源、降低续航、生存时间；而且UAV需要的控制等又需要实时性保证，传回地面、集中处理对带宽要求、传输时延都会明显增长。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种基于交替方向乘子法的无人飞行器中继系统分布式资源优化方法，减少UAV中继开销，提升系统的整体性能。

本发明为解决其问题所采用的技术方案是：

一种基于交替方向乘子法的无人飞行器中继系统分布式资源优化方法，所述的方法包括下列步骤：

P1：初始化系统参数,每个UAV中继服务M对地面用户，M个地面发射源用户S₁,S₂,...,S_M通过装载移动中继的UAV将数据传输给对应的地面接收目标用户D₁,D₂,...,D_M，设S_m和D_m的坐标分别为(x_S,m,y_S,m)以及(x_D,m,y_D,m)，其中m＝1,2,...,M,令UAV运动，将运动轨迹的时间轴均匀分割为N个时隙，要求时隙足够小即N足够大以保证在每个时隙内UAV的坐标可看做固定值，表示为(x_U[n],y_U[n])，中继系统总传输带宽为W，分配给2M个用户，设上下行链路的平均传输功率分别为和源用户和UAV中继的发送功率满足：

在信号的传输信道方面，上行链路即源用户到UAV中继和下行链路即UAV中继到目标用户，路径损耗指数为2，给定1m处的参考信噪比γ₀，构建一个以系统总吞吐量为优化目标函数的优化问题，如下，

其中，

式(1.3a)、(1.3b)中H表示UAV相对地面的垂直高度,当(1.2d)和(1.2e)中的等号成立时，该系统有最大吞吐量；

P2：定义辅助变量和松弛变量，以便应用基于交替方向乘子法处理凸优化问题，具体如下：

P21:定义以下辅助变量，