[发明专利]一种无人机飞行基站的三维部署和功率分配联合优化方法

权利要求书

1.一种无人机飞行基站的三维部署和功率分配联合优化方法，其特征在于，包括步骤：

(1)无人机基站系统模型

S1：建立无人机飞行基站服务地面用户簇的系统模型；所述系统模型包括一架无人机，所述无人机服务的K个地面用户形成的用户簇，和所述无人机到所述地面用户的空地信道。

(2)系统吞吐量优化模型

S2：同时考虑视距传输和非视距传输对所述空地信道的影响，得到所述无人机到所述地面用户的路径损耗；

S3：以最大化系统吞吐量为目标，所述无人机三维位置和功率分配为联合优化变量，构建所述无人机服务所述地面用户簇的系统吞吐量优化模型；

(3)系统吞吐量优化模型求解

S4：将所述系统吞吐量优化模型构建为马尔可夫决策过程；

S5：结合注水算法，对所述马尔可夫决策过程的动作空间进行降维，并采用深度确定性策略梯度进行求解，得到所述无人机的最优三维部署位置和功率分配策略。

2.如权利要求1所述的一种无人机飞行基站的三维部署和功率分配联合优化方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述无人机到某一地面用户k存在视距传输的可能性表示为：

其中，α和β表示与地理环境相关的统计参数；θ表示所述无人机到所述地面用户k的仰角，表示所述无人机的三维坐标，表示所述地面用户k的三维坐标，||q-w_k||表示所述无人机到所述地面用户k的直线距离。

则，对应的所述非视距传输的可能性表示为：

。

3.如权利要求2所述的一种无人机飞行基站的三维部署和功率分配联合优化方法，其特征在于：

其中，FSPL_k表示自由空间传播路径损耗，f_c表示载波频率，c表示光速；ζ_k表示所述无人机到所述地面用户k的总路径损耗，它是由自由空间传播路径损耗加上视距传输和非视距传输造成的附加路径损耗的数学期望，η^LoS和η^NLoS分别表示由视距传输和非视距传输造成的附加路径损耗。

4.如权利要求3所述的一种无人机飞行基站的三维部署和功率分配联合优化方法，其特征在于，不考虑信道中的快衰落和慢衰落，所述无人机到所述地面用户k的信道增益g_k表示为：

其中，是基于式(1)的关于α、β、q和w_k的函数；除所述无人机的三维位置q外，所述信道增益g_k中的其余参数皆为已知量或常数，则g_k是关于无人机的三维位置q的函数。

5.如权利要求4所述的一种无人机飞行基站的三维部署和功率分配联合优化方法，其特征在于，设定φ_th为所述地面用户能够成功解调所述无人机传输信号的参考信号接收强度(RSRP)阈值，则所述无人机到某一地面用户k的传输速率R_k表示为：

其中，B表示所述系统的带宽，K表示所述总地面用户数，K个用户正交地均分带宽B来避免无线干扰，n₀表示高斯白噪声的功率谱密度，φ_k表示所述用户k的RSRP值。

则，基于式(5)，式(6)是关于所述无人机三维位置q和分配给某一地面用户k的功率p_k的函数。