[发明专利]一种基于无人机D2D通信网络的能效最大资源分配方法

说明书

本发明涉及一种基于无人机D2D通信网络的能效最大资源分配方法，属于通信技术领域。该方法包括：构建无人机辅助下基于能量收集的D2D通信网络，包含一个无人机、个地面终端和对D2D用户。无人机悬停在覆盖区域上空作为空中基站向地面终端发送信号，D2D发射机从无人机发送的信号中收集射频能量，同时利用收集的能量与接收机进行通信。根据无人机的飞行高度约束、D2D用户的最小能量收集约束和地面终端的服务质量约束，考虑D2D用户的位置不确定性和高斯信道不确定性，建立鲁棒能效最大资源分配优化问题。实验结果表明，本发明可以有效提高系统能效和鲁棒性。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于无人机D2D通信网络的能效最大资源分配方法。

背景技术

随着无线数据通信的快速发展及移动终端大规模普及，新一代的移动通信需要更广阔的通信覆盖范围和更高的系统容量，同时，大范围、大规模的通信网络使得能量消耗问题变得严峻。为了提高用户接入数量并且避免通信盲区，需要部署更多的无线节点。近年来，无人机(Unmanned Aerial Vehicles,UAV)通信技术得到越来越多人的关注，由于无人机具备成本低、部署快和灵活性好的特点，无论是应急场景或者热点地区，无人机都可以作为低空平台提供网络接入服务，加强无线覆盖。相较于传统地面基站，无人机可以通过与地面终端(Ground Terminals,GTs)建立视距(Line of Sight,LOS)通信链路，提升系统性能。此外，设备间(Device-to-Device,D2D)通信和无线携能(Simultaneous WirelessInformation and Power Transfer,SWIPT)技术也被视为未来通信的关键技术。一方面，D2D通信可以通过频谱资源共享，进行信息直传，进一步地提高系统容量。另一方面，无线携能技术可以收集射频信号中的能量，减少能量消耗。因此，基于无人机接入网络的D2D通信在新一代通信技术中具备很大的潜力。为了充分利用发挥无人机和D2D通信的优势，提高D2D用户和地面终端的通信质量，减少用户间干扰，需要对该网络场景下的资源分配问题进行深入研究。

现有的研究主要集中在基于无人机辅助的下垫式D2D通信场景，忽略了由于信道不确定性和位置不确定性对系统性能的影响，以及大规模用户接入导致巨大能源消耗的问题。为了提高系统鲁棒性，减少由于能量受限对系统性能的限制，提高能量效率，还需要进行进一步研究。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于无人机D2D通信网络的能效最大资源分配方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于无人机D2D通信网络的能效最大资源分配方法，所述方法包括：

在基于无人机辅助携能D2D通信网络中，包括一个无人机、M个地面终端和N对D2D用户。无人机作为空中基站与地面终端进行通信，每对D2D用户包括一个发射机和一个接收机。D2D发射机配备能量收集电路并采用时间切换的方式进行能量收集和信息传输。

无人机部署在覆盖区域上空，悬停高度为H，水平坐标为(0,0)。地面终端m的水平坐标为(x_m,y_m)，第n对D2D的发射机和接收机分别位于(x_n,T,y_n,T)和(x_n,R,y_n,R)。假设地面终端和D2D用户都在户外进行通信，因此将空对地信道建模为视距通信信道。因此，无人机到地面终端m、D2D发射机n和D2D接收机n的信道增益分别为