[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

说明书

基于能效最优的无人机辅助无线通信系统负载分流方法，以最大化无人机节点的能效为目标，并考虑无人机节点自身飞行条件约束、服务用户速率约束和中断概率约束，对无人机节点的飞行半径和速率、基站服务半径、用户速率门限以及无人机节点和基站的频带分配因子等参量进行联合优化建立模型求解即可得到能效最优的负载分流方法。本发明有益效果：解决现有无人机辅助无线通信系统负载分流的能效优化问题，充分利用无人机节点的有限能源。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体地说是基于能效最优的无人机辅助无线通信系统负载分流方法。

背景技术

随着社会和经济的快速发展，信息的传递日趋频繁，而依赖于无线方式的信息传输则显得尤为重要。人们对于信息技术发展和未来无线通信系统提出了更高的要求，特别是在传输速率、系统容量、链路可靠性、边缘用户覆盖、热点区域大规模连接、端到端延时等方面，都面临着巨大的挑战。传统的陆地蜂窝无线通信系统，通过将整个区域划分为由众多基站覆盖的小区域，来为众多用户提供无线通信服务，很好地解决了海量数据的传输需求。然而，随着无线用户数的大幅攀上，特别是无线接入设备的指数级增长，无线数据业务将呈现爆炸式增长，特别是覆盖区域边缘用户的吞吐量和链路可靠性需求，现有的蜂窝无线通信系统很难再支撑如此巨大的信息传输和无线接入需求。

为了解决这一困境，通过在蜂窝小区内部部署多个小小区(Small Cell)基站，将原有宏基站覆盖区域进行叠加覆盖，可有效提升局部热点地区和边缘区域用户的系统容量及链路可靠性。然而，部署小小区基站会使得无线运营商的建网成本骤增，同时，频谱交叉使用带来更多更复杂的干扰管理问题，这些不利于提升系统的整体性能。

值得注意的是，随着无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)技术的快速发展与不断成熟，为基于无人机空中平台的相关行业带来了广阔的发展机遇。通过在无人机空中平台上搭载先进的数据采集、存储、传输等高性能小尺寸无线设备，可以在诸如空中道路监管，农林区域监视，无人机物流配送，空中中继应急通信，热点区域无人机基站负载分流等方面发挥巨大的作用。特别是，利用无人机的高速三维移动特性、空中开阔环境带来的良好信道条件以及便捷部署等特性，可以有效地承担蜂窝无线通信系统的用户负载分流任务，将现有无线通信系统中的过载用户合理的通过无人机节点接入无线网络，并提高高速、可靠、大容量的无线通信服务。

然而，对于物理尺寸有限的无人机节点而言，其所能携带的能源负载是十分有限的，除了用于机载设备的供能和通信数据传输功耗之外，一大部分能源将用于无人机节点的飞行或悬停过程，如何充分利用无人机节点的有限能源，为无线通信系统提供合理高效的用户负载分流，并维持自身的飞行需求，对于解决无人机辅助无线通信系统负载分流具有十分重要的理论意义和工程意义，也是未来无人机应用的一个关键问题。一方面，无人机节点若承担过多的用户负载分流，尽管可以大大降低无线通信基站有效负载量，但需要扩大飞行覆盖区域，使得其飞行能耗大幅增加，而有可能降低其服务用户的通信质量。另一方面，若无人机节点覆盖的区域较小，用户负载分流量不充分，则无法充分利用自身的移动特性以提升系统整体性能。由此可以看到，这是一个复杂的折中优化问题。因此，从无人机节点能效(通信速率与功率消耗之比)的角度出发，同时兼顾无人机覆盖区域内用户的通信传输速率与无人机的飞行能耗，并考虑无人机自身的约束条件和通信服务质量要求，对无人机节点的飞行参量(飞行半径、速度等)、无人机与基站的频带划分、基站覆盖半径等参量进行优化，将具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供基于能效最优的无人机辅助无线通信系统负载分流方法，解决现有无人机辅助无线通信系统负载分流的能效优化问题。