[发明专利]一种无人机中继系统的资源分配与飞行路线优化方法

说明书

本发明涉及通信领域，更具体的，涉及一种无人机中继系统的资源分配与飞行路线优化方法，本发明以单个无人机作为中继辅助多地面用户同时通信的通信系统中，联合优化源端/无人机的发射功率以及无人机的飞行轨迹和带宽分配从而最大化用户速率加权和，并且可以根据不同用户的QoS需求调整用户的权重，给需求较大的用户分配更多带宽资源，最终最大化所有用户速率的加权和，适用范围广泛。

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地，涉及一种无人机中继系统的资源分配与飞行路线优化方法。

背景技术

近年来，无人机因具有诸如低成本，高移动性和按需部署的特点，在公共安全、灾害管理、监控和安全通信等方面具有广泛应用。与传统的静态中继相比，无人机可以自适应调整飞行路径，以获得更好的自身与目标节点之间的信道条件，利用其运动自由度，无人机可以显著提高通信端到端的吞吐量，也可实现通信覆盖范围和信道容量的提升，而目前的现有技术中无人机不能根据不同的用户的不同的QoS需求调整用户的权重，不能最大化所有用户速率的加权和。

参考文献“一种考虑延迟的无人机辅助的OFDMA系统中最大化一般吞吐量方法”。该论文基于在未来无线网络中利用无人机提供时延约束和时延忍耐的服务的动机，研究了一种以无人机作为基站支持的OFDMA网络，用于满足多地面用户的异构通信时延需求。通过联合优化无人机航迹和OFDMA资源分配，最大化所有用户的最小平均吞吐量。但是本利用无人机作为基站，信息传输的距离较短，且硬件设施复杂度高，成本较高。另一篇参考文献为“一种无人机作为移动中继的通信系统吞吐量最大化方法”。通过优化无人机中继轨迹和功率分配最大化通信系统的吞吐量。但方法一个无人机只服务一个目标用户，大大降低了工作效率。

发明内容

为解决现有技术中通信领域的无人机不能根据不同的用户的不同的QoS需求调整用户的权重，不能最大化所有用户速率的加权和的不足，本发明提供了一种无人机中继系统的资源分配与飞行路线优化方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种无人机中继系统的资源分配与飞行路线优化方法，包括以下步骤：

步骤S1：设置初始的无人机飞行轨迹Q^l，令初始的目标函数值循环次数l＝0，误差阈值ε＝10^-3，带宽为A，发射功率为P，给定带宽和发射功率分配为{A,P}；

步骤S2：建立无人机中继系统的模型，利用给定带宽和发射功率分配{A,P}和初始的无人机飞行轨迹Q^l求解得到无人机飞行轨迹的带宽以及发射功率分配的最优解{A^l+1,P^l+1}；

步骤S3：利用给定带宽和发射功率分配{A,P}对无人机飞行轨迹Q^l进行优化，求解得到无人机飞行轨迹最优解Q^l+1以及得到目标函数值

步骤S4：令l＝l+1；并判断是否成立；

步骤S5：若成立，则求解得到的Q^l+1以及{A^l+1,P^l+1}为最优解，若不成立，重复步骤S2-S5。

优选的，步骤S2中建立无人机中继系统的模型的具体步骤如下：