[发明专利]一种基于分层匹配博弈的集群通信用频决策方法

权利要求书

1.一种基于分层匹配博弈的集群通信用频决策方法，在一定空间范围内，可用的频谱资源固定，若干无人机集群分配该频谱资源，其特征是：步骤1，根据用户传输速率的需求，构建满意度函数，建立无人机集群通信场景模型；步骤2，将每个无人机集群等效为一虚拟通信对，将频谱资源分为若干大频段，无人机集群进行大频段匹配，求解出集群最优匹配方案；步骤3，将大频段分为若干小频段，各无人机集群内的无人机通信对对步骤2中分配到该无人机集群的大频段进行小频段匹配，最终求解出全网最优匹配方案，以该全网最优匹配方案分配频谱资源；

步骤1中，构建满意度函数的具体方法为：引入满意度函数；对于上层粗颗粒度无人机集群大频段的选择，第n个集群的满意度为：

，其中为第n个集群的传输需求迫切度，为第n个集群传输获取的实际吞吐量，为第n个集群传输需求的吞吐量；对于下层细颗粒度无人机通信对小频段的选择，第n个集群中第m个无人机通信对的满意度为：

，其中为第n个集群中第m个无人机对的传输需求迫切度，为第n个集群中第m个无人机对实际获得的吞吐量，为第n个集群中第m个无人机对传输需求的吞吐量；步骤2中，通过求解目标为，求解出集群最优匹配方案，其中为集群数量；步骤3中，通过求解目标为，最终求解出全网最优匹配方案，其中是第n个集群中无人机对数量；

基于分层匹配博弈方法的需求，需将集群内多个无人机通信对的传输速率和进行等效处理，将整个集群等效为一虚拟通信对，该虚拟通信对的需求由集群的通信需求决定，其获得的传输速率由等效后的结果决定，等效后的为

，

其中

，

，

其中，为第n个集群采用的大频段策略，为大频段策略中的小频段个数，为第n个集群所选大频段策略为时的带宽，是第n个集群中无人机对数量，为第n个集群内部第m个无人机通信对中的信息发送无人机，为第n个集群内部第m个无人机通信对中的信息接收无人机，则为第n个集群内部第m个无人机通信对间的距离，单位为km，相应的，为第i个集群内部第m个无人机通信对中的信息发送无人机与第n个集群内部第m个无人机通信对中的信息接收无人机之间的距离，单位为km，为集群数量，为无人机功率，为大频段策略为时的中心频率；表示集群大频段策略为时的噪声功率谱密度。

2.根据权利要求1所述的一种基于分层匹配博弈的集群通信用频决策方法，其特征是：等效后的取值具体推算方法为：自由空间传输下，第n个集群第m个无人机通信对间的链路损耗为：

，其中为第n个集群第m个无人机通信对所用的小频段策略，为第n个集群第m个无人机通信对所用小频段策略的中心频率，单位为MHz，为第n个集群内部第m个无人机通信对间的距离，单位为km，第n个集群第m个无人机通信对间的衰减为：，第n个集群第m个无人机通信对采用的小频段策略的信干噪比为：

；其中为环境中的噪声干扰，具体地，为第n个集群第m个无人机通信对采用的小频段策略时的噪声功率，为第n个无人机集群内部第i个无人机通信对中的信息发送无人机产生的干扰，为第k个无人机集群第i个无人机通信对中的信息发送无人机产生的干扰；则第n个集群内第m个无人机通信对的传输速率为：，其中为第n个集群第m个无人机通信对所用频段策略时的带宽，为第n个集群第m个无人机通信对采用的小频段策略的信干噪比；对于第n个集群，其传输速率为：

，其中

，设大频段内有个小频段，当不考虑干扰时，

，其中是无人机通信对小频段策略为时的噪声功率谱密度，即，且，是集群大频段策略为的噪声功率谱密度，以大频段中心频率归一化处理各个小频段中心频率，则等效为

，对于集群n在频段策略下受扰的情况，分为以下两种情形：情形1．小频段数不小于集群n内无人机对数，则认定无内部干扰，情形2．小频段数小于集群n内无人机对数，认定有内部干扰，此时内部受到干扰的无人机对数下限为2；对于空中某个无人机通信对，设它们采用同一频段策略，分析其中第i个无人机对所获传输速率，未受扰时，，受扰后， ，对于，略去噪声时，，其中为的上限，为其他无人机对的信息发送无人机对第i个无人机对产生的干扰，即，类似地，代入与，则，在情形1中，对某无人机通信对，干扰来自于外部与该无人机通信对选同一小频段的无人机通信对，由于确定大频段后内部小频段个数确定，且各集群内无人机对数确定，只考虑共用同一大频段的其余各个集群内部仅一个无人机通信对选用的前提下，设为大频段策略中的小频段个数，则该无人机通信对获传输速率，第n个集群内部其余无人机对同样作上述分析，并对各个大频段内小频段带宽作平均化处理，即，且大频段策略中每个小频段带宽均为，则集群n获传输速率，其中为大频段策略中的小频段个数，在情形2中，只考虑最小内扰情况，内扰大于最小内扰时作最小内扰处理，以集群n内部距离最远的两个通信对、作为互相干扰方，为第n个集群编号为1的无人机通信对，为第n个集群编号为2的无人机通信对，则对集群内未受内扰的无人机对，获取传输速率之和为：，而对相互干扰的、两无人机通信对，其获取传输速率之和为：

，即所有集群获得传输速率和为：；将等效方法归一化处理，即：。