[发明专利]基于能效最优的无人机辅助无线通信系统负载分流方法

权利要求书

1.基于能效最优的无人机辅助无线通信系统负载分流方法，所述无人机辅助无线通信系统包括一个无人机节点、一个无线通信基站和多个用户，无线通信基站的高度为H_B，覆盖半径为r_cell，且通过服务半径r_s将覆盖区域内均匀分布着密度为λ的多个用户划分为基站服务用户和无人机服务用户，无人机节点以半径r_u和高度H_U进行圆周飞行，为无线通信基站覆盖区内的用户提供负载分流服务，整个系统带宽为B，无人机节点与基站采用正交频率分配方案，ρ表示带宽划分因子，即ρB分配给无人机节点，(1-ρ)B分配给基站，其特征在于：所述负载分流方法包括以下步骤：

步骤一、计算无人机节点圆周飞行时的飞行功耗P_fly：

其中，c₁和c₂是与无人机节点重量、机翼面积、空气密度有关的正数常量因子，g表示重力加速度，v表示无人机节点的飞行速率，单位m/s；

步骤二、无人机节点的能耗函数为η/P_fly，以最大化该能效为目标，并考虑无人机节点自身飞行条件约束和服务用户速率约束，建立关于无人机节点的飞行半径和速率、无线通信基站服务半径、用户速率门限以及无人机节点和无线通信基站的频带分配因子参量的数学模型：

(P):

s.t.C1:P_out≤P_th

C2:

C3:0≤r_s≤r_u≤r_cell

C4:0≤ρ≤1

C5:0≤v≤v_max；

其中，η表示无线通信基站服务的用户的速率门限，P_out表示无线通信基站服务的用户的中断概率，P_th表示中断概率约束，表示无人机节点服务的用户的平均速率，v_max表示无人机节点的最大飞行速度，C1表示预设的无线通信基站服务用户的中断概率门限值，C2表示无人机节点服务的用户其平均速率不能低于无线通信基站服务的用户的速率门限，C3-C5表示优化变量的可行域边界约束条件；

步骤三、对步骤二中的数学模型求解得到最优解即为能效最优的无人机辅助通信系统负载分流方法；

所述步骤二中无线通信基站服务的用户的中断概率P_out的计算方法为：

其中，P{·}表示在某概率空间上某一事件发生的概率，R_b,k表示无线通信基站服务的第k个用户的瞬时可达速率，单位bit/s，R_b,k＝B_blog₂(1+γ₀υ_k)，表示基站服务的用户的平均带宽,γ₀表示平均接收信噪比，υ_k服从参数为1的指数分布，即υ_k～EXP(1)，其中β₀表示参考距离为1m时的信道增益参考值，α表示路径损耗因子，G_b表示无线通信基站全向天线的增益值，单位是dBi，N₀表示噪声功率谱密度，单位是W/Hz，P_B表示无线通信基站发射功率；

所述步骤二中无人机节点服务的用户的平均速率的计算方法为：

其中，P_U表示无人机节点的发射功率，s_k表示无人机节点与其服务的第k个用户之间的水平距离，G_u,max表示无人机节点定向天线的最大天线增益值，表示定向天线增益系数，d_max表示无人机节点在任意时刻到其覆盖区域内任意用户的水平距离。