[发明专利]无人机辅助无线供电的毫米波网络通信方法

说明书

本发明公开了一种无人机辅助无线供电的毫米波网络通信方法，包括获取待分析区域的无人机辅助无线供电的毫米波网络的参数；采用基于距离感知的置信上限算法进行网格选择并得到无人机服务地面用户产生的网格总数据量；采用‑探索算法进行网络选择并得到无人机服务地面用户产生的网络总数据量；对比网格总数据量并确定最终的无人机辅助无线供电的毫米波网络通信方案。本发明能够提高整个系统的上行链路性能；保证每个用户设备都充分利用各自所收集的能量发送上行数据，节省用户设备自身的电池能量，延长电池寿命；响应时槽的数目可以动态调整，从而增加动态匹配用户分布密度；而且通用性好、效率高且可靠性高。

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种无人机辅助无线供电的毫米波网络通信方法。

背景技术

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，通信已经成为了人们生产和生活中必不可少的组成部分，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保障通信的畅通，就成为了通信系统部门最重要的任务之一。

极端天气条件造成的恶劣自然灾害通常难以准确预测，其突然发生会极大地破坏地面通信基础设施，造成受灾地区人员无法相互通信以及与外界联系的中断，妨碍灾难救援的及时有效实施。由于灾后72小时是救援的关键时期，因此，急需快速搭建应急通信网络，为灾区救援人员或救援队提供通信援助。在这种紧急通信情况下，无人机(unmanned-aerial vehicle,UAV)由于成本可控，移动可规划，部署灵活等特性，非常适合作为空中小型基站(base station,BS)的搭载平台，按需组建急通信网络的接入设施，为地面失去与基站连接的通信设备提供接入服务，迅速恢复灾后地区的无线通信服务。

利用无人机为灾后地区用户提供无线通信服务，可以使用多无人机进行协作覆盖目标区域，并为地面用户提供通信服务，但是需要更多的资金投入。在现实中，面对资金投入不足的情况，也可使用一架无人机为地面用户提供服务，这就更加需要高效的飞行路径规划方法来提升整个目标区域的服务性能。针对无人机辅助组网的性能研究问题，多数文献都关注了无人机搭载的基站对地面用户的覆盖率、地面用户设备的通信中断率、系统吞吐量、无人机能量效率等性能指标，且已知地面用户分布或以地面用户遵循某种概率分布为前提，进行理论建模与仿真分析。在灾后地区，地面幸存用户的分布情况难以准确预测，因此，文献UAV-Assisted emergency communications:An extended multi-armed banditperspective(Y.Lin,T.Y.Wang,S.W.Wang,IEEE Commun.Lett.,vol.23,no.5,pp.938–941,May 2019.)基于地面用户分布未知情况提出了一种在线学习框架，用于解决无人机辅助的灾区应急通信中无人机的路径规划问题。在该方案中，一架搭载BS的无人机在规划路径上飞行为地面用户提供通信接入服务，期望在无人机电池容量约束下最大化系统总数据速率。

但是该文献的方案是为传统的6GHz以下频段设计的，由于该频段的可用信道资源有限，难以支持高数据速率通信。另外，当地面用户每次处于无人机覆盖范围内时，其可与无人机搭载基站通信的持续时间可能很短，而更高的数据速率有助于其传输更多数据量。毫米波(millimeter wave,mmWave)频段具有丰富的频谱资源，可以支持超高数据速率的传输。因此，无人机辅助的毫米波无线网络正成为应急通信系统中最具有前景的技术之一。

毫米波通信通常依靠波束形成技术来克服其固有的弱点，如严重的路径损耗。波束形成训练机制通常用于确定发射端和接收端的波束方向和波束宽度。然而，由于地面用户分布未知，波束形成训练所需的响应时槽数量难以准确确定。如果随机选择响应时槽的数量，很可能造成响应时槽的数量与用户分布密度不匹配，导致地面用户竞争响应时隙时，要么造成响应时槽的浪费，要么产生较高冲突概率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通用性好、效率高且可靠性高的无人机辅助无线供电的毫米波网络通信方法。

本发明提供的这种无人机辅助无线供电的毫米波网络通信方法，包括如下步骤：