[发明专利]一种基于多跳无人机辅助通信的三层异构网络容量分析方法

权利要求书

1.一种基于多跳无人机辅助通信的三层异构网络容量分析方法，其特征在于：方法包括如下步骤：

步骤1，对于包含终端接入层、无人机中继层、回程链路层的三层异构通信系统，根据异构终端的分布密度、无人机的飞行高度、接入门限与信号处理能力、高斯白噪声谱密度、终端接入层频带宽度、瑞丽衰落信道的信道系数与衰落因子，计算出终端接入层的遍历容量

步骤2，根据无人机簇的跳频序列、无人机位置关系与路由信息、瑞丽衰落信道下的信道系数与衰落因子，初始化如下参数：平均持续系数N_p、各个跳频子信道的带宽与其在跳频序列中所占比例τ_k、每跳链路的平均可达速率

步骤3，根据初始化的参数，以满意度函数为目标函数、以各个信息流所占用的通信资源量为决策变量、以工作机制的限制条件做为约束，形成最优化问题；

步骤4，将优化问题按照决策变量之间的约束关系，将其转换为一个线性规划问题，该问题的最优解即为满意度最高时的资源分配情况，得到无人机中继层的容量

步骤5，根据多个回程无人机与基站之间的位置关系以及波束方向图，计算出干扰增益，进而得到闭合表达式；代入干扰增益、回程链路层频带宽度以及瑞丽衰落信道下的信道系数与衰落因子，得到回程链路的容量

步骤6，将所求得的三层的网络容量比较，三项中最小的一个网络容量作为整个系统的网络容量。

2.根据权利要求1所述的一种基于多跳无人机辅助通信的三层异构网络容量分析方法，其特征在于：三层异构通信系统中，地面的终端经过多架中继无人机将信号回程至可用基站，实现灾害场景下的应急通信；其中，表示地面终端接入层的容量，即所有中继无人机使用非正交多址接入与多个地面终端通信的容量的遍历容量之和，表示中继无人机的集合；表示无人机中继层的容量，即所有中继无人机与所在簇的回程无人机的多跳吞吐速率之和；表示回程链路层的容量，即所有回程无人机与基站通信的回程链路容量之和。

3.根据权利要求2所述的一种基于多跳无人机辅助通信的三层异构网络容量分析方法，其特征在于：步骤1中，使用随机几何的方法，将地面异构终端的分布建模为泊松点过程，利用泊松点过程的性质推导了采用非正交多址接入通信下，与无人机的距离排序位次为k的终端的覆盖概率P_k(τ)与遍历容量R_k的数学期望；具体闭合表达式如下所示：

式中r²为积分微元，对应dr；B₁表示设备接入层的带宽，整个模型的三层将所有可用带宽分为三个部分，即B₁，B₂，B₃；

终端接入层的网络容量表示为下式：

式中，代表集合中元素的个数，N_ps代表无人机同时处理的地面终端信号数量。

4.根据权利要求1所述的一种基于多跳无人机辅助通信的三层异构网络容量分析方法，其特征在于：步骤2中，无人机中继层包括对地面终端与空中无人机通信的中继无人机，和对空中无人机与地面基站通信的回程无人机；一个回程无人机作为簇头与多个中继无人机形成一个多跳连接的无人机簇，簇内采用跳频序列与CSMA/CA的方式避免簇间与簇内干扰。

5.根据权利要求4所述的一种基于多跳无人机辅助通信的三层异构网络容量分析方法，其特征在于：步骤2中，结合系统的时分的资源利用方式，设定具有三个参数的变量表示无人机U_i的信息流单位时间内在链路L_j上占用信道F_k的通信资源归一化比例；将其与对应链路、瑞丽衰落信道下的可达速率结合，求得该信息流在该链路上的传输速率