[发明专利]一种面向智慧港口的UAV辅助通信能效优化方法及装置

说明书

本发明公开了一种面向智慧港口的UAV辅助通信能效优化方法及装置，该方法包括：构建采用无人机UAV搭载智能反射表面IRS进行辅助通信的MISO‑NOMA通信系统模型；其中，UAV搭载IRS充当中继；将UAV轨迹移动优化问题转化为具有用户速率约束的IRS相移矩阵优化问题；以最大化用户和速率为目标，基于深度强化学习算法，实现IRS相移矩阵的优化，得到最优的IRS相移矩阵，以减少UAV进行辅助通信时的轨迹移动，最终达到降低无人机能耗的目的。本发明通过IRS相移矩阵的变化来优化传统无人机辅助通信，因通信需求带来的移动，从而降低了无人机的能耗，延长了无人机的续航时间。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种面向智慧港口的UAV辅助通信能效优化方法及装置。

背景技术

智能反射表面(IRS)得益于可编程程序材料制造的突破，被认为是未来(6G)无线通信系统超越大规模模拟智能无线电环境的关键技术之一。IRS是一个具有大量低成本反射元件的设备，用于配置传输特性传输信号和电子控制的集成电路。基于数据材料的微带天线可能具有紧凑的尺寸，因此大尺寸的天线可以很容易地部署在各种设备和基站两端，以实现大规模微带天线，可显著节约成本和功耗。借助变容二极管微机电系统技术，二极管的电磁特性在微结构中得到了充分的改善，且可编程来改变电磁波的相位、幅度、频率和平均轨道角动量，有效地调制无线电信号，而不需要混频器和射频链。它也加强了接收信号的能力。与现有技术相比需要更少的能量消耗，例如，放大和前向继电器，所以在一个成熟的无线通信系统中，它被认为是一个折衷的有效和绿色的解决方案。

另一方面，无人机(UAV)辅助无线通信网络，被认为是未来无线通信的又一项有前途的技术。由于无人机具备通信和信号处理能力，因此，可以作为网络中多个用户之间的移动基站/中继节点。由于无人机提供的高度和灵活的部署，视距传输可以进一步扩大系统覆盖范围。

在智慧港口应用场景中，基站在港口的部署位置受限，同时港口货物堆积、设备众多、环境复杂，基站提供的无线网络易于受到干扰。除此之外龙门吊远程操控、无人运输、智能巡检等业务需要稳定、可靠的无线网络，利用无人机搭载IRS进行辅助通信可以增强港口网络覆盖，增强网络抗干扰能力。但由于地面设备的移动性，无人机需要不断移动以保证其网络服务质量，从而导致无人机能耗较高，工作时间受限。

发明内容

本发明提供了一种面向智慧港口的UAV辅助通信能效优化方法及装置，主要是用于UAV搭载IRS的多输入单输出-非正交多路访问MISO-NOMA场景下，以解决现有技术中UAV能耗较高，工作时间受限的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种面向智慧港口的UAV辅助通信能效优化方法。该面向智慧港口的UAV辅助通信能效优化方法包括：

构建采用无人机UAV搭载智能反射表面IRS进行辅助通信的MISO-NOMA通信系统模型；其中，在所述通信系统模型中，UAV搭载IRS充当中继；

基于构建的通信系统模型，将MISO-NOMA通信系统中的UAV轨迹移动优化问题转化为具有用户速率约束的IRS相移矩阵优化问题；

以最大化用户和速率为目标，以IRS充当智能体，采用深度强化学习算法来训练智能体，实现IRS相移矩阵的优化，得到最优的IRS相移矩阵，以减少UAV进行辅助通信时的轨迹移动，达到降低无人机能耗的目的。

进一步地，所述深度强化学习算法为深度确定性策略梯度DDPG算法。

进一步地，采用深度强化学习算法训练智能体实现IRS相移矩阵的优化，包括：

步骤1：初始化系统的状态空间、动作空间以及深度神经网络参数；

步骤2：智能体根据行为策略选择动作并执行；