[发明专利]无人机蜂群多微蜂窝频谱资源管理方法

说明书

本发明公开了一种无人机蜂群多微蜂窝频谱资源管理方法，该方法为：构建无人机蜂群多微蜂窝网络模型，并针对无人机蜂窝网中的下行资源调度问题进行建模；采用分布迭代算法，首先在固定功率分配的条件下将各个RU分配给子节点，然后在信道调度固定的情况下更新功率分配，有限次的反复迭代后，即可达到上述资源管理优化问题的相对最优解。本发明方法可实现无人机微蜂窝集群间的频谱共享和干扰协调，使得同一频率载波能够在相邻的不同无人机微蜂窝集群间多次复用，解决对抗环境下频谱资源短缺问题，进一步提升无人蜂群的效能，应对复杂多变的组网环境。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别是一种无人机蜂群多微蜂窝频谱资源管理方法。

背景技术

现有蜂窝技术主要应用于5G网络中，大量小蜂窝基站密集部署以实现系统整体性能的提升，网络呈现超密集状态。UDN作为5G蜂窝网络的典型特征，能够提高频谱和能量效率、增加网络容量，成为未来网络的主要特征之一。基于密集部署的小蜂窝基站，UDN能够满足大规模数据传输需求，为mMTC场景提供基础。另一方面，密集部署的小蜂窝基站和宏基站、微蜂窝基站、微微蜂窝基站等构成了多层异构蜂窝网络，以提升网络垂直空间的复用增益。异构网络通过利用现有网络基础架构、整合不同层级频带资源，能够改善系统数据速率提高频谱利用效率，因此可为eMMB场景中高容量大速率的数据传输业务提供服务。随着5G技术为各个行业赋能，众多新兴通信场景如车联网、无人机通信、物联网等蓬勃发展，使无线网络呈现出高度动态特性，此类高动态网络中的控制相关操作对通信的可靠性和传输时延要求较高。

频谱共享作为提高频谱利用效率缓解频谱供需矛盾的关键技术之一，在5G/后5G移动通信系统中发挥着重要作用，是使能5G不同场景高性能需求多样化应用的资源保障，更是推动无线通信长足发展的动力支撑无人机蜂群网络多采用蜂窝的形式，但频谱资源较之5G网络更为有限，因此，将异构网络的频谱共享技术与无人机蜂群相结合，将具有较大的应用前景。

近年来，对频谱共享技术的研究取得了显著的进展。然而，考虑5G网络的复杂动态特性，现有关于频谱共享的相关研究仍然存在以下不足：

(1)对于频谱的高效利用共享，虽然己有研究将频谱的单一时域共享拓展至时空两维共享，提出了基于地理位置分离的空间频谱共享方案。然而，以上方案仅考虑了网络中用户间的粗粒度位置分离(即两个用户的同信道干扰解耦合建立在其相距较远的基础上)。考虑无人机蜂群场景特点，网络中用户分布密集，相互间的空间距离较近。这种超密集精细化部署使得现有基于粗粒度地理位置分离的空间复用难以适用，因而无法获得空间维度频谱共享的性能增益。而单一时域维度共享的频谱效率低下，无法支撑密集用户的无线接入需求。此外，现有依据全局信息进行学习更新的集中式优化算法往往会造成巨大的信令开销和难以忍受的时间延迟。因而，当前现有的分布式高效频谱共享技术仍有不足之处。

(2)对于频谱的可靠接入共享，现有研究大多针对静态网络拓扑结构，即网络中的用户节点位置是固定不变的，而未来复杂网络中不仅包含静态用户节点更有多样化的移动节点，这使得无线蜂窝网络拓扑呈现动态性，该动态性给频谱共享的稳健接入带来了挑战。尽管已有文献考虑了网络环境的动态性对频谱共享的影响，但其研究大多依赖于理想信道状态信息假设，即假设信道状态在用户竞争接入时隙内是静态或准静态的。基于该理想假设虽然易于分析，但在实际应用中存在问题：在具有动态特性的无线网络中，对信道状态信息的准确估计需要消耗大量的时间和信令资源，考虑到频谱共享用户竞争接入时隙的有限性，因此往往无法在有限时隙内获取准确的信道信息，造成基于理想信道状态信息假设的学习算法无法适用。综上，目前对动态蜂窝网络中更加符合实际的频谱共享方案的研究仍然欠缺。