[发明专利]无人机基站下行链路的自适应传输功率分配方法

权利要求书

1.无人机基站下行链路的自适应传输功率分配方法，其特征在于采用认知OFDM的无人机基站单小区内存在单认知用户和多个主用户情况下，分析认知用户发射功率分配问题模型以及不同子信道的信干噪比状况，然后单认知用户选择合适的调制方式以及相应的信息传输速率，再采用最优功率分配定理和认知子梯度分配算法来给出最优功率分配和最大传输速率，最后再由单认知用户和推广到多认知用户情况下的最优自适应功率分配和最优传输速率；

在相同码元速率下，为了使系统自适应传输以优化信息传输速率，可根据信干噪比区分为不同的调制方式，其信息传输速率r为

其中码元速率表示为单位时间内容传输的符号数目，采用不同调制方式后每个码元可以表示相应的比特信息，SINR为信干噪比；

由于外界因素对信干噪比的影响，当采取恒定码元速率情况时，采用不同调制方式导致信息传输速率为阶跃跳变，在设计方案对信息传输速率进行非线性优化时较为困难，因此，在本方法中考虑逼近于阶跃函数的连续可导函数，以针对工程问题提出切实有效的优化方法；

因此，为了对信息传输速率进行连续化处理从而可利用一般的非线性优化方法进行求解，并且保证构造函数的连续性和可导性，将构造认知用户在子信道n上的信息传输速率r_n的分段连续函数表示为

其中I_i＝j＝I_i-I_j，I_i+j＝I_i+I_j，码元速率r₀表示为速率幅度系数，M_i为曲度系数，p_n是认知用户在子信道n上的发射功率，h_n为认知用户发射机到其相应接收机的衰落增益，d_n为功率衰减系数，为所有主用户对认知用户的第n个子信道的干扰，Γ为信干噪比间距且可用Γ＝-ln(5BER)/1.5来表示，其中BER为认知用户目标误比特率；

当基于OFDM的单认知用户和多主用户系统中每个子载波上都存在干扰功率限制时，达到最大信息传输速率的最优功率分配的具体过程为：

步骤1：引入拉格朗日对偶系数λ，得到拉格朗日辅助函数L₁为

步骤2：设定L₁({p_n},λ)为最大值时的λ，再次引入拉格朗日对偶系数μ,α，得到拉格朗日辅助函数L₂为

步骤3：将式(8)转化为n个子问题求解，根据凸优化理论可知，拉格朗日函数最优解必须满足KKT条件方程组：

λp_n＝0，n＝1,2,...,N (6)

μξ_n＝0，n＝1,2,...,N (7)

αp_n＝0，n＝1,2,...,N (8)

其中p_n≥0，λ≥0，μ≥0，α≥0,n＝1,2,...,N，则式(10)可得

其中i＝2,3,4，根据不同信道下的信干噪比大小，自动判别选择特定调制方式，自适应功率最优分配，降低误码率，优化传输速率；

步骤4：通过子梯度法求出最优的μ和λ，进而得出最优的发射功率p_n；

当多认知用户和多主用户之间的每个子载波上都存在干扰功率限制时，则达到最大传输速率的最优功率分配的具体步骤为：

步骤1：引入拉格朗日对偶系数，得到拉格朗日辅助函数为

步骤2：相应的对偶函数通过凸优化模型计算，可以得出：

其中i＝2,3,4，根据判别不同信道下的信干噪比大小，选择特定认知用户以及调制方式，实行多主用户的自适应功率最优分配，降低误码率，优化信号传输速率；

步骤3：依次求出满足条件所存在的主用户l对应的功率，直到筛选出满足的子载波功率p_n；

步骤4：对每个子载波p_n，检查条件：是否为真？若条件为真，令λ_min＝λ；否则，令λ_max＝λ；

步骤5：直到λ_max-λ_min≤τ，得出最优功率分配；否则，返回步骤2。

2.如权利要求1所述的无人机基站下行链路的自适应传输功率分配方法，其特征在于，所述认知用户功率分配问题分析的具体做法为：设定单认知用户的最大和速率为R₁，并根据频谱感知情况为每个子载波分配n与信号功率p_n，分配信息通过稳定的信道通知给认知用户，认知用户按照通知分配相应的功率信号给主用户，功率分配问题可以表示为

约束条件：

p_n≤Q_n,n＝1,2,...,N (15)

p_n≥0，n＝1,2,...,N (16)

其中P_max是认知用户的最大功率约束，为主用户的干扰功率约束，有L个认知用户发射功率p_n的联合约束，即各个子信道上的功率约束相互影响，Q_n为子载波n上认知用户的功率限制。