[发明专利]一种无人机辅助行进车辆通信系统优化方法

说明书

本发明公开了一种无人机辅助行进车辆通信系统优化方法，包括步骤：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、通过无人机辅助行进车辆通信系统辅助多个行进车辆进行通信；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、子载波分配和各个子载波的功率分配。本发明不单使得无人机能辅助多个行进车辆进行通信，还在考虑了车辆的移动和环境因素的情形下，对无人机飞行轨迹、子载波分配和各个子载波发射功率分配进行联合优化。

技术领域

本发明涉及多车辆通信的技术领域，尤其涉及到一种无人机辅助行进车辆通信系统优化方法。

背景技术

随着移动通信技术的发展，结合无人机与通信技术的研究已成为一项热门研究，而对于无人机互联网的愿景也激发了人们对部署无人机以及自动化各种应用。例如在应急通信场景中，由于地震海啸等自然灾害的发生，地面通信设施被遭受损坏导致无法正常通信，通过无人机的快速部署实现应急通信。相比传统的地面无线通信系统，无人机结合无线通信技术具有更大的优势。而且无人机通信受信道的阴影效应和衰落带来的影响较小，建立视距传播链路的可能性高，空对地的通信信道更加可靠，能够避免不必要的干扰。

基于无人机的高移动性和快速部署优势，通过空对地模型协助车辆完成通信，能够显著提升车辆未来行驶路径预测的准确性，并为紧急通信提供了可靠的实现途径。对于车联网技术结合无线通信技术和互联网接入技术，使车辆及时获取道路信息、完成路径规划、及时变换车道、有效发出碰撞预警从而实现智能驾驶。

对于无人机作为移动基站的场景，目前已有无人机辅助用户通信的相关研究，在[1]Y.Sun,D.Xu,D.W.K.Ng,L.Dai and R.Schober,Optimal 3D-Trajectory Design andResource Allocation for Solar-Powered UAV Communication Systems,in IEEETransactions on Communications,vol.67,no.6,pp.4281-4298,June 2019,doi:10.1109/TCOMM.2019.2900630.中，提出了基于太阳能无人机的辅助多地面用户的通信系统，考虑地面用户在静止的状态下联合优化无人机的飞行轨迹和资源分配问题。在[2]Y.Zeng,J.Xu and R.Zhang,Energy Minimization for Wireless Communication WithRotary-Wing UAV,in IEEE Transactions on Wireless Communications,vol.18,no.4,pp.2329-2345,April 2019,doi:10.1109/TWC.2019.2902559.中，作者基于多用户静止的场景，提出了旋转翼无人机的能量模型，通过优化无人机的飞行轨迹，从而实现节能通信。在已有方案[3]Z.Liu,G.Huang,Q.Zhong,H.Zheng and S.Zhao,UAV-Aided VehicularCommunication Design With Vehicle Trajectory’s Prediction,in IEEE WirelessCommunications Letters,vol.10,no.6,pp.1212-1216,June 2021,doi:10.1109/LWC.2021.3062326.中，作者提出了无人机与单个地面行进车辆通信能效最大化问题，其中无人机服务于单个地面行进车辆实现辅助通信技术。

虽然已有部分研究关于地面多用户静止状态的场景，但在现有的无人机辅助通信系统中，若不考虑地面用户移动的情形，直接忽略用户的位置移动和环境因素造成的影响，将导致系统性能变差，与实际情况不相符。还有的是，对于已有的单个行进车辆无人机辅助通信方案，实现场景较单一，其结果无法扩展至多个行进车辆的情形。

发明内容