[发明专利]一种面向无人机集群的上行分布式接收方法

说明书

本发明提供一种面向无人机集群的上行分布式接收方法，构建由无人机集群组成的通信系统模型，各分布式无人机获取该通信系统模型的信道统计信息并发送至中心无人机，各分布式无人机接收用户信号以进行本地信号估计，并将估计结果发送至中心无人机，中心无人机根据各分布式无人机所对应的信道统计信息，基于确定性等同原理，计算各分布式无人机的权值，利用该权值对分布式无人机的估计结果进行加权合并，得到最终估计信号。本发明能够明显减少信息的交互量，降低交互时延，实现弱交互。

技术领域

本发明涉及一种面向无人机集群的上行分布式接收方法，属于无人机集群通信网络架构下的多无人机协同接收技术领域。

背景技术

未来B5G/6G网络将呈现出业务多元化、网络形式多样化的特点，除传统蜂窝网络，也将涌现出如物联网、车联网、飞行自组网等新型网络形式，作为蜂窝网络的补充和延伸。无人机因其具备的易部署、低成本和高灵活等特点被广泛设置为这些新型网络的无线网节点以提供临时性、突发性的移动网络服务覆盖。相比蜂窝网无线接入点，无人机空中节点的通信、计算能力和能耗受到其负载能力的限制，难以直接应用传统蜂窝网络的组网和传输技术。为了解决单无人机承载能力弱的问题，考虑采用多无人机集群协同通信的方式，以达到与地基网络相似的高速率、大容量、低时延等极致性能。Ngo,Hien Quoc等人针对上行分布式网络架构提出了集中式MMSE(最小均方误差)接收算法，相比于单无人机上行接收，该算法大幅提升了系统吞吐量；但在该算法中，分布式无人机需实时反馈接收信号和瞬时信道状态信息，巨大的信令交互开销造成的交互时延使得该系统难以实际部署。因此，如何在多无人机集群通信网络框架下实现高速率、弱交互的极简分布式协同接收方案仍是一个亟需解决的难题。

发明内容

本发明提出一种面向无人机集群的上行分布式接收方法，能够明显减少信息的交互量，降低交互时延，实现弱交互。

本发明通过以下技术方案实现：

一种面向无人机集群的上行分布式接收方法，包括如下步骤：

步骤S1、构建由无人机集群组成的通信系统模型，包括一中心无人机、P个装备有N根接收天线的分布式无人机、K个单天线的用户、参考距离处的信噪比、用户的发射信号、分布式无人机的接收信号和无人机处的接收噪声；

步骤S2、各分布式无人机获取该通信系统模型的信道统计信息并发送至中心无人机，信道统计信息包括信道固定部分归一化等效路径损耗矩阵和天线相关矩阵C_p的信道统计信息；

步骤S3、各分布式无人机接收用户信号以进行本地信号估计，并将估计结果发送至中心无人机；

步骤S4、中心无人机根据各分布式无人机所对应的信道统计信息，基于确定性等同原理，计算各分布式无人机的权值，利用该权值对分布式无人机的估计结果进行加权合并，得到最终估计信号。

进一步的，步骤S4具体包括如下步骤：

步骤S41、设权值向量ω＝[ω₁,...,ω_P]^T，ω_P为第p个分布式无人机的权值，则基于确定性等同原理，ω的计算表示为ω→_a.s.W＝(A+R)^-1V，

向量V的第p个元素的表达式为：

矩阵A的第(p,q)个元素的表达式为：

矩阵R的第p个对角线元素的表达式为：其中，ξ_p为分布式无人机p在参考距离d_p处的接收信噪比，ξ_q表示分布式无人机q在参考距离d_q处的接收信噪比；

T_p(z)的表达式为：