[发明专利]非理想毫米波无线供电通信无人机网络的功率分配方法

权利要求书

1.非理想毫米波无线供电通信无人机网络的功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、无人机和地面用户端组成非理想毫米波无线供电通信网络，无人机向地面用户端发射信号，地面用户端将接收到的信号根据功分系数分配，一部分转化为能量用于自身信息传输和其它操作，另一部分用于信息解码获得信息，具体为：

S101、假设无人机分布在高度为h_v的平面上，水平坐标为v，并且在平面上服从一个强度为λ的齐次泊松点过程Φ，用户的高度为h_u，水平坐标为u，每个无人机的三维坐标可以分别表示为V＝(v,h_v)，U＝(u,h_u)，表示三维空间，表示二维平面，随机选择一个地面用户作为典型用户并设典型用户位于原点，用户与其对应的关联无人机通信，关联无人机坐标为V₀＝(v₀,h_v)，典型用户与其关联的无人机的水平距离为r₀＝||v₀||；

S102、对于一个坐标为V＝(v,h_v)的无人机，它服务的用户位置为U＝(u,h_u)，则两者之间的水平传输距离为z＝||v-u||；当水平传输距离为z时，根据链路视距概率P_L(δ(z))确定基于毫米波的无人机无线供电通信网络的路径损耗函数L(z)，δ(z)是一个关于水平传输距离的函数，表示向下取整，λ_a表示障碍物的密度，λ_b表示建筑物区域在研究区域的占比；

S103、考虑每条链路的信道为Nakagami信道，每条链路的小尺度增益服从不同参数的独立的伽马分布，无人机获得由于信道反馈受限导致的非理想估计信道状态信息，确定关联无人机的信道；

S2、采用基于余弦函数的一种近似天线模型确定发射机的定向天线增益，根据非关联波束增益的模型确定非关联链路波束增益的概率密度函数；

S3、基于考虑的毫米波无人机网络模型，求解得到包含收发机硬件损伤噪声的信息覆盖概率，信息覆盖概率表达式中包含功分系数；

S4、基于考虑的网络模型，求解得到包含收发机硬件损伤噪声的能量覆盖概率，能量覆盖概率表达式中包含功分系数；

S5、基于考虑的非理想毫米波无人机网络模型，得到的信息覆盖概率和能量覆盖概率表达式，在保证能量覆盖概率大于设定值的条件下，计算得到信息覆盖概率最大的功分系数ρ^*作为功分系数的最优值，优化系统性能。

2.根据权利要求1所述的非理想毫米波无线供电通信无人机网络的功率分配方法，其特征在于，步骤S102中，链路视距概率为：

其中，h_v为无人机的高度；h_u为用户的高度；Δh为无人机与用户的高度差，Δh＝||h_v-h_u||；每个建筑物的高度是服从尺度参数为∈的瑞利分布的随机变量；基于毫米波的无人机无线供电通信网络的路径损耗函数表示为：

其中，为一个成功概率为t的伯努利随机变量；P_L(δ)是视距概率；C_L是视距路径损耗截距；z为无人机与用户的水平距离；Δh为无人机与用户的高度差；α_L是视距路径损耗指数；C_N是视距路径损耗截距；α_N是视距路径损耗指数。

3.根据权利要求1所述的非理想毫米波无线供电通信无人机网络的功率分配方法，其特征在于，步骤S103中，关联无人机的信道h为：

其中，为理想信道；为信道估计误差，τ为表征关联无人机的信道估计的质量。

4.根据权利要求1所述的非理想毫米波无线供电通信无人机网络的功率分配方法，其特征在于，步骤S2中，非关联链路波束增益的概率密度函数为

其中，N_t为天线阵列的天线数量；g为波束增益；δ(·)为冲激函数；为旁瓣增益为0的概率。