[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

说明书

本发明公开了一种无人机基站下行链路的自适应传输功率分配方法。在该方法应用场景中采用认知OFDM技术，而且信号带宽的需求、可用信道的数量、干扰限制等都是不断变化的。传统无线网络中的资源分配技术并不完全适用，因而需要采用认知无线电设计高效灵活的无人机基站无线资源分配方法。在下行链路中，首先假设该无人机基站覆盖的单小区只存在单认知用户和多主用户的情况，根据信干噪比的大小，自动选择调制方式，然后连续化传输速率，并提出了基于拉格朗日对偶方法来实现最优功率的自适应分配算法，使得功率分配最优化以及传输速率最大化。最后将该方法推广到多认知用户和多主用户情况下的自适应最优功率分配以及最大传输速率。该方法应用在采用认知无线电的无人机基站应用时可以比传统功率算法具有更优的性能，一定程度上减少误码率，并自适应分配最优功率，且只需要少数的迭代次数即可以达到预期的要求。

技术领域

本发明属于无线资源管理与认知无线电技术领域，具体涉及用于移动互联网的无人机应急基站在采用OFDM系统和认知无线电技术时下行链路进行自适应传输功率分配与传输速率控制相关问题。

背景技术

随着移动互联网以及5G技术的普及，未来联网的终端设备数量将不断增长，在一定范围内会导致某些固定的基站通信出现拥堵，传输速率缓慢，极有可能出现高延迟、高误码率的情况。因此，频谱资源短缺将成为未来物联网发展需要攻克的瓶颈。基于认知无线电技术的通信标准IEEE 802.22以时分复用(TDD)和正交频分多址接入(OFDMA)为基础，引入无人机基站建立移动网络，实现无线信号覆盖更灵活、更广泛。由无人机移动网络组成的协同通信超密集网络可以灵活部署大规模的小区基站，有效扩大网络覆盖范围，改善地面异质蜂窝网络的性能。具有认知功能的智能终端设备可以通过该网络的频谱感知技术，发现有用的空闲频谱资源，可根据信道状况进行自适应传输并采用相应的调制方式，以供给农业物联网、智能家具等中生产生活汇总监测所需的数据通信，进一步适合我国农业物联网和智能家具的传输层要求。

发明内容

本发明目的是，在面向农业物联网和智能家居等密集设备的OFDM认知无线系统中，以无人机搭载的单个基站覆盖小区内存在一个认知用户和多个主用户的密集情况下，提出无人机通信下行链路自适应传输时采用更灵活的功率分配方法，使认知用户的信息传输速率最大化，为提高密集场所或密集终端设备通信质量提供了可能。

为解决上述发明的目的，本发明采用的技术方案包括：分析OFDM无线系统在单小区内“单认知用户+多主用户”场景的下行链路认知用户自适应传输速率和自适应功率分配问题并建立数学模型，基于拉格朗日优化理论提出了最优的功率分配算法。

设定认知用户采用OFDM技术而各主用户不一定采用OFDM传输信号，考虑由IFFT/FFT产生的认知用户与主用户之间的交互干扰，而不考虑整数比特限制的情况下，研究如何在各子载波之间认知用户合理分配功率，以使其满足自身发射功率限制与主用户接收端干扰功率限制，并自适应的调节系统功率。

当每个OFDM子载波上的比特速率可以为连续的实数时，可通过凸优化理论，提出一种基于优化传输速率的方法，使系统分配最优的自适应传输功率给各个子用户。

在基于基础设施架构的授权网络的一个小区内，无人机授权基站UAVPBS 向L个主用户(PU)发送下行链路信号，与此同时，在小区服务覆盖范围内，存在一个与认知用户相应的接收机，它采用动态频谱接入技术进行通信。为叙述简明，本文只考虑一对认知链路的情况，但是所提研究方法与结果易推广到多认知用户情况。假设认知用户可以接入的频谱总带宽B，把频谱总带宽B分成N个OFDM 子信道(子载波)，第n个子信道实际占用的频带为f_c+(n-1)Δf～f_c+nΔf，其中f_c为带宽B的基频，Δf＝B/N为每个子信道的带宽。假设每个子信道为平坦衰落且各子信道之间的相互干扰忽略不计。