[发明专利]一种基于可重构智能表面增强无人机通信的方法

说明书

本发明的实施例公开了一种基于种基于可重构智能表面增强无人机通信的方法，包括如下步骤：步骤一：以工作在地面的多个合法用户为收发节点、可重构智能表面部署在周围建筑物的外立面上构建通信系统模型、并确定通信系统模型的瞬时信噪比和吞吐量；步骤二：根据瞬时信噪比和传输速率，构造最大化用户最小吞吐量为目标的优化问题；步骤三：根据固定RIS的部署，采用交替优化对最大化用户最小吞吐量目标问题进行求解，得到RIS波束成形局部最优策略；步骤四：基于步骤步骤三得到的UAV‑RIS波束成形局部最优策略，通过连续凸逼近的优化方法得到无人机轨迹的Q的局部最优策略。本发明利用可重构智能表面来增强无人机通信，实现比传统上行多用户通信系统更高的传输容量。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于可重构智能表面增强无人机通信的方法。

背景技术

在过去的十年中，无人驾驶飞机(UAV)也被称为空中基站(BS)，在各种应用中引起了极大的关注。配备了先进的收发器和电池的无人机在中继，数据收集，安全传输和信息分发中越来越受欢迎。特别地，由于按需部署的高机动性和灵活性，无人机具有视距(LoS)通信链接的可能性很高，无人机能够作为空中基站灵活部署在集会、体育赛事或自然灾害后形成的临时远程交通热点，以提供不间断和无处不在的连接。但是，无人机通信面临许多挑战，特别是在城市地区。一项突出的挑战是由常见物体(例如建筑物，树木和人体)引起的阻塞，这些障碍可能会加剧覆盖范围和连通性的问题。另一方面，非固定通道的过度时空变化是由无人机和地面操作人员的移动性引起的，这会导致无人机系统出现严重的非平稳性。另外，与3D平面中的长距离相关的大路径损耗是无人机系统中不能忽略的问题。

近年来，可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)作为一种新兴的无线技术在无线通信领域中掀起了一股浪潮。指由大量低成本的反射元件构成的反射面，这些元件可控且智能，RIS可以根据需要从而改变入射信号的电磁特性来改善信号的接收，因此RIS在无线领域有各种应用。其可以利用超颖表面的特定特征和特性来回收现有的无线电波，并促进通信与传感，存储和计算的无缝集成。从操作的角度来看，RIS可以集成到现有的基本无线基础结构和建筑物中，被视为对现有无线通信网络的补充，干扰信号可以在反射后被减轻，而合法信号可以通过适当调整反射来增强。

虽然IRS辅助通信技术可以动态地配置反射信号相位偏移，相对传统通信技术显示出诸多方面的优势。但是，如果将IRS引入到传统的无线移动网络中，必须针对网络发射端及IRS进行联合资源优化设计才能挖掘出其潜在的性能增益，如若不进行联合设计或放任IRS随机配置反射信号的相位偏移，不仅不能获得有效的性能增益还有可能对网络性能造成严重恶化。

目前绝大多数研究中仅采用了单一的RIS，它限制了系统性能的提高。此外，还需要考虑RIS的相移和UAV天线的数量。而且研究仅关注单天线用户服务的情况，所提出的结果不适用于多用户系统。事实上，对于多个RIS辅助的多用户多天线无人机通信系统来说，资源分配、轨迹设计和相移控制联合设计是重要且具有挑战性的。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于可重构智能表面增强无人机通信的方法。通过提出一种新的由多RIS辅助的UAV通信系统框架，通过调整无人机的轨迹、发射功率和设计波束成形矩阵来提高地面接收用户的吞吐量。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于可重构智能表面增强无人机通信的方法，包括以下步骤：

步骤一：以工作在地面的多个合法用户为收发节点、可重构智能表面部署在周围建筑物的外立面上构建通信系统模型、并确定通信系统模型的瞬时信噪比和吞吐量；

步骤二：根据瞬时信噪比和传输速率，构造最大化用户最小吞吐量为目标的优化问题；

步骤三：根据固定RIS的部署，采用交替优化对最大化用户最小吞吐量目标问题进行求解，得到RIS波束成形局部最优策略；