[发明专利]一种基于无人机进行中继辅助传输的方法及系统

说明书

本发明实施例提供一种基于无人机进行中继辅助传输的方法及系统。该方法包括：在参考坐标系中建立信号源端的运动轨迹函数，得到距离集合；基站对接收信号进行最大比合并，得到系统接收信号表达式；对系统总体信噪比进行预设相移键控调制，得到系统接收总体误符号率；构建系统优化函数，通过预设算法对系统优化函数求解最优解；按照预设最小时间间隔对信号源端功率和无人机中继转发功率进行功率分配设置，完成信号传输。本发明实施例针对系统总功率受限、源端发射功率低且高速运动的情况，基于无人机中继策略进行中继传输，并采用系统误符号率最小化的优化为目标进行对应的功率分配，高效完成运动场景下多点和多跳传输。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于无人机进行中继辅助传输的方法及系统。

背景技术

在无线通信领域，普遍采用中继辅助传输进行信号传输，中继有利于提高源端和目标之间传输的可靠性、提升系统数据吞吐量，并通过提供附加链路来扩展网络覆盖范围，在中继端，放大转发策略(Amplify Forward，简称AF)相较于解码转发策略(DecodeForward，简称DF)复杂度更低，应用也更广泛。随着第五代移动通信系统(the FifthGeneration，简称5G)标准化进程的推动，传输网络更加密集、传输信道条件更加多变，相较于传统固定单中继系统，结合多天线技术的多中继协作传输方案更具灵活性，能应对5G时代更加复杂的业务传输。

随着无人机(Unmanned Aerial Vehicle，简称UAV)在无线通信的运用日益广泛，得益于其小巧、灵活的特点及多功能性，主要应用于两方面：作为新型的空中用户(例如，货物投递、视频监控等)；作为新型的空中通信平台(例如，空中基站、中继等)来辅助通信。相比于传统通信架构，无人机作为中继具有以下几个优势与特征：(a)相较于传统地面设施，空中无人机可以根据实时需求动态调整，并快速和灵活地部署；(b)高且可控的3D移动性，飞行轨迹更加灵活、适用于更复杂多变的场景；(c)视距主导信道，无人机中继的布置一般能减少衰落，从而带来更加稳定的链路质量和更高的可靠性。搭载天线的无人机中继可以满足更加动态和多样化的通信需求，例如在各种赛事转播中，无人机(组)就可以作为中继辅助系统的多点、多跳传输业务。以轻型无人机取代传统中继，根据不同运动环境的特征值进行最优中继方案的选择和无人机部署、轨迹优化，无人机端基于功率分配时刻表进行提前设置，将来自于高速运动信源的发送信号经AF处理转发至远端基站(Base Station，简称BS)，完成高效可靠的信号实时转发。

现有技术中存在以优化系统误符号率(Symbol Error Ratio，简称SER)为目标的AF中继系统功率分配方案，其步骤为：

(a)固定源端、单中继端、基站端在通信系统中的相对距离；

(b)在源端及中继端分配导频，完成两跳的信号传输；

(c)在中继端和基站端对接收信号采用导频辅助的最大似然检测；

(d)根据传输模型得到总体功率受限情况下系统SER表达式，通过Maple软件求解使得其最小的源端、中继端各自的数据、导频功率分配值。

该技术方案中场景并未考虑到源端低功率且源端、中继端都是可运动的情况，因此存在如下缺陷：

1)现有的AF中继技术中，基于各端单天线的技术方案较多，在5G更高速、业务种类更丰富的通信场景中，单天线中继取得的增益较少，在源端运动状态高速变化的通信场景中抗衰落能力不强，系统性能如SER，吞吐量等将受到较大的限制；

2)现有的多AF中继技术中，基于较低的实现成本，固定源端、中继端功率分配方案较多，但这些方案中的传统中继缺乏灵活性和应对高速可变信道的能力；

3)现有的无人机AF中继方案的功率动态分配技术中，较少考虑到源端的高速运动，导致其功率动态分配和通信场景中各端距离是不相关的两类可调变量，不太合适应用到实际高速运动场景中，且传统自适应功率调整存在信令的消耗。