[发明专利]一种适用于无人机的多功能通信的3D路径规划及资源调度方法

权利要求书

1.一种适用于无人机的多功能通信的3D路径规划及资源调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)确定系统模型，包含网络模型及通信信道模型；

(2)简化信道模型函数；

(3)假设地面各个多功能设备的反射因子已知，求反向散射阶段中任一时刻各个设备的反向散射信道容量及其可实现的吞吐量；

(4)假设地面各个多功能设备的能量转换效率已知，求反向散射阶段中各个设备可收集到的能量，求WPCN阶段主动传输可实现的吞吐量；

(5)定义优化目标为最大化多功能设备的公平速率，得到优化目标表达式以及其约束；

(6)根据优化目标问题采用块坐标下降法求解。

2.根据权利要求1所述的适用于无人机的多功能通信的3D路径规划及资源调度方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括以下分步骤：

(11)假设该网络模型由一个无人机，一个地面接收设备，多个地面的多功能设备组成，确定该系统模型中通信各个阶段的具体过程；

(12)确定各个设备的数量和位置坐标，同时，确定无人机发射功率、无人机最大水平飞行速度、无人机最大垂直飞行速度、信道噪声功率、通信双方距离、设备的能量转换效率系数等参数，确定系统的通信时隙模型；

(13)在已知高度情况下，根据视距信道函数求无人机与地面设备间的损耗及地面多功能设备与接收设备的损耗。

3.根据权利要求2所述的适用于无人机的多功能通信的3D路径规划及资源调度方法，其特征在于，所述步骤(12)中假设基于无人机的多功能通信网络模型中的地面MDs的二维位置坐标为接收设备RD的位置坐标为(R_x,R_y)，无人机的载波信号发射功率为P_t,u，信道噪声功率为

4.根据权利要求2所述的适用于无人机的多功能通信的3D路径规划及资源调度方法，其特征在于，所述步骤(12)中假设无人机在第n个时隙的3D坐标为(u[n],h[n])，其中u[n]为无人机的水平坐标，具体为(u_x,u_y)，h[n]为无人机的飞行高度，则在第n个时隙，该无人机与地面设备k间的距离可表示为其中q_uk[n]＝||b_k-u[n]||²，||·||用以表示向量之间的欧氏距离。

5.根据权利要求2所述的适用于无人机的多功能通信的3D路径规划及资源调度方法，其特征在于，所述步骤(13)中给定无人机与MDk之间的距离为d_uk[n]时，路径损耗可以计算为：

其中Ω_LoS,0和Ω_NLoS,0分别是LoS通道和NLoS通道在参考距离d₀处的路径损耗，而α_NLoS＞2是NLoS通道的路径损耗指数。

6.根据权利要求1所述的适用于无人机的多功能通信的3D路径规划及资源调度方法，其特征在于，所述步骤(3)中假设设备的反射因子用Γ_k∈[0,1]以指代，可知此时被反射的调制信号功率为设备k在第n时隙的反向散射信道容量可以表示为：

其中为信道噪声功率，Ω_kR＝Ω₀(d_kR/d₀)²，设备k在反向散射通信阶段实现的吞吐量可被表示为：

7.根据权利要求1所述的适用于无人机的多功能通信的3D路径规划及资源调度方法，其特征在于，所述步骤(4)中假设η_k为地面设备电路的能量转换效率，故在反向散射阶段中，当设备k未被唤醒通信时，其将无人机发射的下行载波信号收集转换为能量，则在整个BCS阶段内可收集到的能量为：

这些能量被地面设备有效利用，并用于第二阶段主动的数据传输，则设备k在主动传输阶段可实现的吞吐量为：