[发明专利]一种智能反射表面辅助下的无人机数据与能量传输方法

说明书

本发明涉及一种智能反射表面辅助下的无人机数据与能量传输方法，涉及无人机通信技术领域，包括将智能反射表面附着在建筑物上，无人机通过智能反射表面与视距链路被阻挡的地面设备进行数据与能量的传输；建立无人机与地面设备的上行数据传输模型和下行能量传输模型，并根据地面设备数据传输的需求设置地面设备收集能量最大化的优化问题；采用块坐标下降和连续凸优化方法将优化问题分解为三个子问题，并对每个子问题分别求解，最后通过迭代算法将各个子问题的解进行迭代得到最终解。本发明在智能反射表面辅助下的无人机与地面设备的调度方案，给出了优化的数据与能量传输的时隙分配方案，在保证地面设备数据的传输要求下，增加了收集到的能量。

技术领域

本发明涉及无人机通信技术领域，尤其涉及一种智能反射表面辅助下的无人机数据与能量传输方法。

背景技术

无人机在现代无线网络中扮演着越来越重要的角色，作为一个空中飞行的无线通信平台，无人机可以作为空中基站、数据收集平台、移动中继和移动边缘计算云等。与传统的基站不同，由于其高度的移动性和操作灵活性，无人机能够通过飞到更高的地方来避开障碍物，与通信节点建立视距传输链路。通过联合优化无人机的飞行轨迹和资源分配，现有的通信系统的系统表现可以大幅度提高。

然而，由于无线传播环境的随机性和不可预测性，可能会导致接收信号的质量不可控地变差。基于这个问题，第六代移动通信中出现的智能反射表面技术，能够在无线网络中增强信号的强度。智能反射表面（Intelligent Reflecting Surface, IRS）是一个由无源电磁材料构成的二维大规模阵列表面。每一个无源反射元都可以在智能反射表面的智能控制器下，对入射的信号进行一个相移，从而使得反射的信号相干或者相消从而达到预设的接收目标。由于智能反射表面的低能耗和低成本，它可以被广泛部署在现有的无线通信环境中。

在一些城市区域，无人机与地面设备的视距链路可能会被严重阻挡，无人机的移动使得信号传播环境变得更加复杂。除此之外，无人机与地面设备的远距离造成的较大路径损耗也是信号质量差的原因之一。目前，对于智能反射表面辅助下的无人机通信，主要都是考虑了数据的传输，并未涉及到能量的传输。也未考虑更实际的多个设备与多个智能反射表面的情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种智能反射表面辅助下的无人机数据与能量传输方法，能够解决无人机与地面设备视距链路阻挡时，造成的信号质量较差的问题，同时无人机能对地面设备充能，解决了设备能量供应不足的问题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种智能反射表面辅助下的无人机数据与能量传输方法，所述数据与能量传输方法包括：

S1、将智能反射表面附着在地面设备周围的建筑物上，无人机通过智能反射表面与视距链路被阻挡的地面设备进行数据与能量的传输；

S2、建立无人机与地面设备的上行数据传输模型和下行能量传输模型，并根据地面设备数据传输的需求设置地面设备收集能量最大化的优化问题；

S3、采用块坐标下降和连续凸优化方法将优化问题分解为三个子问题，并对每个子问题分别求解，最后通过迭代算法将各个子问题的解进行迭代得到最终解。

所述采用块坐标下降和连续凸优化方法将优化问题分解为三个子问题，并对每个子问题分别求解，最后通过迭代算法将各个子问题的解进行迭代得到最终解包括：

A1、初始化数据与能量传输的时隙分配变量，无人机的飞行轨迹，智能反射表面的相移矩阵；

A2、在Ξ_r，Q_r，Θ_r一定时，优化问题转换为一个只以无人机与地面设备的调度变量为优化变量的线性规划问题，并利用线性规划方法包求解得到最后的无人机与地面设备的调度A_r+1，其中r表示迭代次数；