[发明专利]无人机辅助认知卫星地面通信网络多点协作传输方法

说明书

无人机辅助认知卫星地面通信网络多点协作传输方法，涉及天地一体化通信与认知网络技术领域，以最大化地面用户的传输速率为目标，以无人机节点飞行轨迹、无人机节点发射功率和蜂窝基站发射功率为优化变量，并考虑次级系统对主级系统的干扰温度门限、无人机节点飞行条件约束以及无人机节点和蜂窝基站的数发送功率等约束条件建立数学模型，对模型求解即可得到多点协作传输的最佳方案。本发明有益效果：在满足主级系统中用户的干扰约束条件下，最大程度的提升次级系统的传输速率性能。

技术领域

本发明涉及天地一体化通信与认知网络技术领域，具体地说是无人机辅助认知卫星地面通信网络多点协作传输方法。

背景技术

卫星通信因具有很好的链路传输可靠性和广阔的覆盖区域特性，使得其在导航定位、遥感侦测、天气预报和应急通信等方面获得了广泛应用，并作为陆地移动通信系统的重要补充手段，为一些自然条件艰苦和偏远地区提供通信保障功能。卫星通信所使用的授权频谱通常仅用于本级卫星系统，而不再分配给其它通信系统所使用。然而，有关统计结论表明，现有通信系统在频谱使用率方面存在极为严重的浪费问题，众多授权频带在时间维度上存在大量的“频谱空穴”，即某一时段该频带并未被占用，而同时也无法被其它通信系统所使用，这对于有限的物理频带资源造成了巨大的浪费。面对人类社会对于数据传输速率和传输容量的爆炸式增长需求，人们迫切需要解决当前频谱使用率较低的问题，由此来进一步提升现有通信系统的传输性能。正因为如此，认知网络(又称为认知无线电)技术应运而生。认知网络的主要思想是指次级系统通过有效的频谱感知，选择频谱空穴，与主级系统之间形成有效的频谱共享，或者次级系统与主级系统之间事先“达成频谱共享协议”，在满足主级系统传输性能的前提下，使得次级系统可以有限的使用授权频带，从而达到提升频谱效率利用率和增强系统容量的效果。然而，认知网络中的频谱共享机制不可避免的会带来主级系统与次级系统之间的同频干扰问题。若次级系统对主级系统造成的干扰过高，则会严重影响主级系统的性能，而若次级系统的传输性能过低，则又无法保证次级系统的服务质量，导致频谱共享效果的大幅下降。因此，如何在保证主级系统传输性能的同时，又使得次级系统可以充分使用频谱资源，为次级系统用户提供可靠服务，是认知网络中的重要问题。

传统卫星通信系统仅作为陆地通信系统的补充手段，二者之间并未形成有效的一体化网络，特别是没有利用认知无线电技术。而当采用认知无线电后，可有效地形成认知卫星地面通信网，将卫星通信系统作为主级系统与陆地蜂窝通信系统组建构成认知网络，从而可有效地提升陆地移动通信系统的传输性能。特别是，当前无人机技术的快速发展，为陆地移动通信系统升级换代带来了更为广阔的空间。通过在无人机节点配备先进的收发信机，并利用空间三维移动特性，选择信道条件较好的时机，与蜂窝基站共同服务小区内用户，可有效提升覆盖范围、提升链路可靠性并大幅提升系统容量。然而，无人机辅助的认知卫星地面通信网存在更为严重的同频干扰问题，这主要是由于无人机在飞行过程中，其到主级系统用户和到次级系统用户的距离都在发生变化，无人机与蜂窝基站在发射信号的同时，势必会对主级系统中的用户造成干扰，而与此同时，主级系统中卫星的发射信号也会对次级系统用户带来不小的干扰信号。因此，需要进一步深入研究无人机辅助认知卫星地面通信网中的多点协作传输问题，通过合理的设定无人机与蜂窝基站的发射功率，特别是对无人机的飞行路径进行优化，在满足主级系统中用户的干扰约束条件下，最大程度的提升次级系统的传输速率性能。这对于认知卫星地面通信网将具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供无人机辅助认知卫星地面通信网络多点协作传输方法，解决现有无人机辅助认知卫星地面通信网中的多点协作传输问题，提升频谱利用率和数据传输速率，在满足主级系统中用户的干扰约束条件下，最大程度的提升次级系统的传输速率性能。