[发明专利]一种基于用户位置信息的空地认知无线网络信息传输方法

说明书

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于用户位置信息的空地认知无线网络信息传输方法，首先无人机依靠定位系统获取用户的准确位置信息，并依据一定的准则对其服务范围内的用户进行筛选与分组，实现不同时隙内服务不同用户组；其次在每个特定的时隙内，以无人机网络的总能效最大化为准则，利用获得的位置信息对无人机的波束成形权矢量和发射功率进行联合优化设计，并采用迫零方法获得波束成形权矢量；最后根据所获得的波束成形权矢量，通过Dinkelbach方法和拉格朗日乘子法得到最优的功率分配方案，从而保证组内所有用户同时进行通信。本发明所提供的信息传输方法，提高了无人机对各次级用户的服务质量，实现无人机对次级用户的高效数据传输。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于用户位置信息的空地认知无线网络信息传输方法。

背景技术

地面蜂窝网络能够为高密度人口地区用户提供即时、高速数据传输服务，但因地理条件和商业模式的限制，无法满足用户全域覆盖和泛在接入需求。而无人机通信由于因其体积小、灵活机动、受交通条件限制小等优点，可以作为空中基站在三维空间中灵活移动，建立视距通信链路，从而有效地避免信号堵塞和遮挡，降低通信成本。因此，无人机通信被广泛研究与应用。随着第5代移动通信的正式商用，各种新兴技术和业务随之高速发展，移动接入和数据流量业务的需求量日益增长，在频谱资源短缺的当下，单一通信网络已很难满足用户的通信需求。在这种情况下，综合利用地面蜂窝网和无人机通信网的优点构建无线认知网络，可以为用户提供更大的通信容量，从而满足不同用户的服务和垂直领域的多样化通信需求。

但在实际情况中，无人机通信仍然存在各种问题：第一，无人机受硬件设备限制其处理能力有限，无法同时服务大量用户，因此需要一种切实可行的用户分组方案用于解决无人机通信超负荷问题；第二，由于无人机飞行性能、续航时间和任务载荷等因素局限，考虑能效问题实现无人机通信系统信息传输有效性与功耗的有效折中更为切合实际；第三，现有的无人机通信优化设计方案通常需要准确已知信道状态信息，不仅增加了系统的实现复杂度，而且需要额外消耗频谱和功率资源。为了克服上述缺点，本发明提供了一种基于用户位置信息的空地认知无线网络信息传输方法。

发明内容

本发明为解决现有技术中以上所述的技术问题，提出一种基于用户位置信息的空地认知无线网络信息传输方法，由于地面建筑物的遮挡，蜂窝基站的服务能力受到制约，该方法利用以定位方法获知的用户的准确位置信息进行用户分组，在每个特定的时隙内，以无人机网络的总能效最大化为准则，考虑无人机总发射功率约束和对主用户的干扰功率约束，对无人机波束成形权矢量和发射功率进行联合优化，从而保证所有用户同时进行通信。

本发明采用的技术方案：

一种基于用户位置信息的空地认知无线网络信息传输方法，其中，地面蜂窝网作为主网络为主用户提供通信服务，无人机网络作为次级网络为次级用户提供数据连接，两个网络之间采用认知无线电技术实现共享频率资源以提高频谱效率，所述方法具体包括以下步骤：

步骤a:无人机通过定位系统获取用户的准确位置信息；

步骤b:根据所获得的用户的准确位置信息，对其服务范围内的次级用户进行筛选与分组，保证在每个时隙内服务一组次级用户，同时结合时分多址的方式服务所有用户；

步骤c:在给定时隙内，以无人机次级网络的总能效最大化为准则，考虑对主用户的干扰功率约束和无人机总传输功率约束，对无人机波束成形权矢量和发射功率进行联合优化设计；

步骤d:采用低复杂度的迫零方法获得波束成形权矢量；

步骤e:基于所获得的波束成形权矢量，采用Dinkelbach方法和拉格朗日乘子法相结合的方法得到最优的功率分配方案，实现组内用户数据的高效传输。

进一步地，所述步骤a具体包括以下步骤：

计算出用户相对于无人机的俯仰角θ和方位角无人机与用户之间的信道矢量具体可以表示为：