[发明专利]基于无人机网络的近海中继通信传输效率优化方法

权利要求书

1.一种基于无人机网络的近海中继通信传输效率优化方法，其特征在于，包括：

建立基于空中基站的近海中继系统模型，所述模型包括一个岸基基站、一个空中基站以及N个海上用户；

对岸基基站与空中基站，以及空中基站与海上用户之间的通信信道分别建模，分别得到岸基基站与空中基站间的下行链路的信道容量、上行链路的信道容量、空中基站和第i个海上用户之间的下行链路、上行链路信道容量以及上下行容量；

获取所述海上用户中的最小传输容量和以及所述空中基站的实际可部署范围(xmin,xmax)、(ymin,ymax)、(hmin,hmax)，其分别代表空中基站的平面部署范围以及最高和最低飞行高度；

以所述信道容量、上下行容量、最小传输容量以及空中基站的部署范围为变量，利用粒子群算法收敛迭代，得到所述空中基站的最优位置；

所述建立基于空中基站的近海中继系统模型包括：

所述岸基基站的平面坐标为(0,0)，N个所述海上用户的坐标为(xM1,yM1),……,(xMN,yMN)，所述空中基站的三维空间坐标则为(xU,yU,hU)，所述岸基基站和所述空中基站间链路采用的载波频率和带宽分别为f1和B1，空中基站和海上用户间链路采用的载波频率和带宽分别f2和B2，所述空中基站与全部N个海上用户间的链路也共用同一信道；对于所述空中基站和所述海上用户之间的链路，θi表示所述空中基站的天线指向和与第i个海上用户之间的夹角，即天线偏向角，使用(xA,yA)表示天线与海平面之间的交点，所述岸基基站、所述空中基站对岸基基站、所述空中基站对海上用户以及N个海上用户的天线发射功率分别为pB、pU1、pU2以及pM1,……,pMN，使用ζi∈[0,1]表示第i个海上用户的上行流量占其全部流量的比例，对全部用户则有ζ＝[ζ1,……,ζN]，使用λ＝[λ1,……,λN]和γ＝[γ1,……,γN]表示时隙划分，λi表示分配给第i个海上用户的时隙数占全部时隙的比例，其中并使用γi∈[0,1]表示分配给第i个海上用户的上行时隙占分配给该用户的全部时隙的比例；

所述对岸基基站与空中基站以及空中基站与海上用户之间的通信信道分别建模包括：对于所述岸基基站与所述空中基站之间的传输链路，采用基于概率统计的信道模型进行分析，电波的视线传输与所述基基站的发射仰角正相关，所述传输链路与水平面之间的夹角越大，则发生视线传输的概率越大；

所述岸基基站与所述空中基站之间视线传输的路径损耗表示为：

PLLoS(d1,f1)＝FSPL(d1,f1)+ηLoS(dB)

而非视线传输的路径损耗表示为：

PLNLoS(d1,f1)＝FSPL(d1,f1)+ηNLoS(dB)

其中，FSPL(d,f)表示距离为dkm，频率为f MHz条件下的自由空间路径损耗，用ηLoS和ηNLoS表示视线传输和非视线传输的额外损耗。

2.根据权利要求1所述的基于无人机网络的近海中继通信传输效率优化方法，其特征在于，所述空中基站搭载第一收发机和第二收发机，所述第一收发机用于和所述岸基基站通信，所述第二收发机用于和所述海上用户通信，所述第一收发机和第二收发机均采用定向天线进行发送和接收。

3.根据权利要求1所述的基于无人机网络的近海中继通信传输效率优化方法，其特征在于，所述岸基基站与所述空中基站间的下行链路的信道容量表示为：

上行链路的信道容量表示为：

其中，σ2表示环境中白噪声的功率密度，g1表示信道增益系数，信道增益系数g1＝10^-PL1/10。

4.根据权利要求3所述的基于无人机网络的近海中继通信传输效率优化方法，其特征在于，所述空中基站和第i个海上用户之间的下行链路和上行链路信道容量分别表示为：

以及

其中g2i＝10^-PL2i/10为该链路上的信道增益系数。