[发明专利]一种基于CR的UAV通信网络次级链路吞吐量优化方法

说明书

本发明属于无人机通信处理技术领域，公开了一种基于CR的UAV通信网络次级链路吞吐量优化方法，无人机在单个微感知弧度内进行能量检测和本地决策；无人机将每个微感知弧度的感知结果分别传输给融合中心；融合中心利用OR准则对所有感知结果做出全局决策；认知无人机网络根据融合中心的感知结果进行动态频谱接入决策；联合优化微感知弧度和弧度数量，使无人机正常工作时吞吐量最优。UAV在信道衰落严重的情况下，利用本发明，对于保障服务质量(QoS)和提升UAV吞吐量有着更好的效果。本发明以无人机圆周运动飞行角度的弧度值为对象，巧妙的分析了无人机周期运动过程中频谱感知性能以及谱效优化方案。

技术领域

本发明属于无人机通信处理技术领域.，尤其涉及一种基于CR的UAV通信网络次级链路吞吐量优化方法。

背景技术

目前，无人机通常使用未经许可的频段(如IEEE S波段、IEEE L波段、工业科学和医疗(ISM)波段)，并使用静态的频谱分配政策。近年来5G网络、 D2D(Device-to-Device)通信和物联网(Internet of Things,IoT)快速发展，频谱需求急剧增长。由于这些因素的影响，无人机的工作频段将变得过于拥挤，无人机将面临频谱短缺问题。认知无线电(CR)通过机会式地接入授权频段来解决频谱占而不用的浪费问题，采用先进的通信手段提升频谱利用效率。作为一种新的智能无线通信技术，无人机上装备认知传感器可以连续不断地感知周围的无线环境，在不影响PU正常工作的前提下择机利用这些空闲频谱，从而提升频谱利用率，有效缓解频谱资源匮乏的局面。

在解决频谱资源稀缺问题上，研发人员研发出许多无线通信新技术，如可见光通信、太赫兹通信、非正交多址接入(NOMA)技术、多输入多输出(MIMO) 技术等。CR作为一种可以大幅提升频谱使用效率的方法，是解决频谱稀缺最直接、最有效的手段。

单用户感知包括许多方法，例如能量检测、特征检测、匹配滤波等，但是由于信道衰落和噪声干扰等影响，单用户感知性能并不理想。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有技术中，无人机通信网络频谱资源稀缺以及频谱效率低。

(2)无人机对续航时间要求较高，无人机电池供电有限，通信质量受能量预算约束。

(3)地面通信设备之间频谱感知性能较差，存在隐藏终端问题。

解决以上问题及缺陷的难度为：单个无人机频谱感知时接收能量较小，感知性能不理想；维持自身运动状态消耗能量较大；为实现较好的频谱感知性能，对于无人机携带的通信设备精度有较高要求。

解决以上问题及缺陷的意义为：本发明提出协作频谱感知(CSS)。CSS可以解决隐藏终端问题，处于高空的UAV受衰落和阴影的影响较小，可以接收到更高强度的信号，与地面频谱感知相比，UAV频谱感知可以获得更好的感知性能。通过对认知无人机网络中的感知参数进行优化，可以实现通信网络中频谱效率的提升。

发明内容

针对无人机通信网络频谱资源稀缺以及频谱效率低的现状，本发明提供了一种基于CR的UAV(无人机)通信网络次级链路吞吐量优化方法，通过设计动态频谱接入方案以及优化次级链路单位带宽下的吞吐量，解决了无人机通信网络中频谱资源稀缺以及频谱效率低等问题。

本发明是这样实现的，一种基于CR的UAV通信网络次级链路吞吐量优化方法，包括：

步骤一，UAV在单个微感知弧度内进行能量检测和本地决策；

步骤二，UAV将每个微感知弧度的感知结果分别传输给融合中心(FC)；

步骤三，FC利用“OR”准则对所有感知结果做出全局决策；

步骤四，认知无人机网络根据FC的感知结果进行动态频谱接入决策；