[发明专利]一种优化中继无人机的高度、水平位置和发射功率的方法

说明书

本发明提供了一种优化中继无人机的高度、水平位置和发射功率的方法；该方法首先采用黄金分割算法提求解无人机的最佳高度，然后将多维的复杂联合优化问题分解为低维的相对简单的子问题，即无人机水平位置子问题和功率分配子问题，设计一种低复杂度迭代算法首先求出无人机最佳水平位置，然后利用上述结果求出最佳功率分配，得出最终结果，从而最大化用户的总传输速率。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种基于NOMA技术的无人机作为中继，通过优化无人机的高度、水平位置和发射功率以最大化用户的总传输速率的方法。

背景技术

随着通信技术的飞速发展，有限的频谱资源已经难以满足通信的业务需求。最近几年，通过研究发现非正交多接入(Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA)是一种很有前途的技术，与正交多接入(Orthogonal Multiple Access， OMA)相比，它可以支持大规模连接并实现更高的频谱效率。在NOMA网络中，多个用户可以通过使用不同的功率级别来传输同一频谱上的数据。利用功率域中的用户多样性，接收机可以使用连续干扰消除(Successive Interference Cancellation，SIC)技术从多路复用信号中恢复其期望的信息。将NOMA应用于无人机辅助网络可以进一步提高网络性能，这激发了大量新研究。

在非正交多址接入协作通信系统中，加入无人机来辅助基站于用户之间的通信当今是研究的热点之一。由无人机来充当中继辅助通信，通过改变无人机的高度、水平位置，然后再对基站和无人机的发射功率进行分配，可以使通信系统的总传输速率达到最大，从而提升通信系统的通信。现有对于NOMA通信系统中频谱效率的研究较多，但涉及无人机作为中继辅助通信的研究相对较少，特别是对于联合优化无人机三维位置和发射功率研究的更少。

因此，亟需一种优化中继无人机的高度、水平位置和发射功率的方法，能够解决现有技术中中继无人机通信系统用户总传输速率不佳的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种优化中继无人机的高度、水平位置和发射功率的方法，以解决上述现有技术中中继无人机通信系统用户总传输速率不佳的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种优化中继无人机的高度、水平位置和发射功率的方法，包括以下步骤：

S1.建立基于NOMA的无人机中继系统，该系统由基站在第一个时隙中向无人机发送数据，然后基站和无人机在第二个时隙中通过非正交多址协议同时向M个用户发送数据，为用户提供服务；

S2.建立步骤S1中系统的总用户传输速率最大化问题，并将问题分解成无人机高度子问题和无人机水平位置和发射功率子问题；

S3.针对步骤S2中的无人机高度子问题，采用黄金分割算法求解出最优的无人机高度；

S4.针对步骤S2中的无人机水平位置和发射功率子问题，利用步骤S3中的结果，使用低复杂度迭代算法来求解最优的无人机水平位置和发射功率。

优选地，步骤S1中，使用SIC技术，用户在第二个时隙中接收和解码双重信息。

优选地，步骤S2具体包括：

考虑下行链路无人机辅助的无线通信网络由基站、无人机和M个蜂窝用户组成，该模型的可实现速率如下：

用户的总速率表示为：

联合无人机的高度、水平位置和发射功率的最大化用户总传输速率问题建模如下：