[发明专利]一种无人机辅助行进车辆通信系统优化方法

权利要求书

1.一种无人机辅助行进车辆通信系统优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用无人机搭建同时为多个行进车辆服务的无人机辅助行进车辆通信系统；

S2、通过搭建的无人机辅助行进车辆通信系统辅助多个行进车辆k进行通信，k＝{1,…,K}，K为需要服务的行进车辆的数量；

S3、建立无人机辅助行进车辆通信系统的优化问题：无人机与车辆k之间的通信传输速率总和最大化问题P1；

S4、在考虑了车辆移动和环境因素的情形下，求解无人机与车辆k之间的通信传输速率总和最大化问题P1，从而优化变量：无人机飞行轨迹、子载波变量和发射功率。

2.根据权利要求1所述的一种无人机辅助行进车辆通信系统优化方法，其特征在于，所述步骤S1中，搭建无人机辅助行进车辆通信系统具体包括：

设无人机在恒定的高度h飞行，最大水平飞行速度限定为V_max；所有车辆k均同时从同一起始点出发，无人机和车辆k的起始点位置均为w₀，车辆行驶的终点水平坐标位置为w_F；无人机通信传输时间为T，将其离散为N_T个等长时隙，每个时隙的持续时间为δ_t，当δ_t趋近于0时，假定在每个时隙内无人机的位置大致不变；无人机的位置坐标表示为r[n]＝(x_u[n],y_u[n],h)，车辆k的位置坐标为r_k[n]＝(x_k[n],y_k[n],0)，两者的水平坐标分别为q[n]＝(x_u[n],y_u[n])，w_k[n]＝(x_k[n],y_k[n])，其中n∈{1,…,N_T}；无人机与车辆k在第n个时隙的传输距离表示为：

对于在第n个时隙，无人机与车辆k的信道系数为表示受路径损耗影响的大尺度衰落,β₀表示大尺度衰落因子，α表示信道路径损耗指数，表示小尺度衰落的信道系数；

通信信道传输的总带宽为W(Hz)，均等划分为N_F个正交子载波，其中任意一个子载波i只能分配给一个用户；定义一个二进制变量表示子载波分配策略，当时，车辆k在第n个时隙使用第i个子载波进行传输，否则则有子载波分配约束：

在时隙n中，第i个子载波上无人机与车辆k的发射功率表示为装载在无人机上的发射机的最大发射功率为P_max；B＝W/N_F表示一个子载波的带宽；在第n时隙，第k个车辆与无人机之间可实现的数据传输速率表示为：

其中，σ²表示加性高斯白噪声在车辆k的接收机处子载波i的方差，Γ＞1表示所采用的实际调制和编码方案与信道容量的差距；

为保证无人机对车辆k在任意时隙均满足通信数据量要求,则有：

Q_k为总共需接收的数据量。

3.根据权利要求1所述的一种无人机辅助行进车辆通信系统优化方法，其特征在于，所述步骤S2中，无人机采用正交频分多址接入方法以辅助多个行进车辆k进行通信。

4.根据权利要求2所述的一种无人机辅助行进车辆通信系统优化方法，其特征在于，所述步骤S3中，建立的无人机与车辆之间的通信传输速率总和最大化问题P1具体为：

(P1)：

s.t.

q₀＝w₀ (12)

其中，优化变量为无人机的飞行轨迹q[n]、子载波变量发射功率