[发明专利]一种基于能效的RIS辅助UAV通信的优化方法及相关装置

说明书

一种基于能效的RIS辅助UAV通信的优化方法及相关装置，包括：基于无人机搭建RIS辅助UAV通信模型；基于RIS辅助UAV通信模型，通过能量最小化的波束训练优化RIS辅助UAV通信的传输功率，得到优化问题和系统的接收信噪比；根据系统的接收信噪比，求解优化问题，得系统的最小发射功率。本发明提出基于能量最小化的波束训练方案，建立组网，解决由于复杂电磁传播环境以及高密度集成天线阵列，导致信道获取以及波束形成设计困难的问题。本发明提出基于能效的RIS辅助UAV通信的优化方案，建立优化问题，实现发射功率最小化。

技术领域

本发明属于通信的优化技术领域，特别涉及一种基于能效的RIS辅助UAV通信的优化方法及相关装置。

背景技术

对于应急救援场景，特别是在夜间，由于地形变化或传输距离的影响，存在大量通信瘫痪区域，这大大增加了人员搜救的难度。在这种应急救援中，将无人机(unmannedaerial vehicle,UAV)应用于无线通信，可提供额外的可视反射路径，具有较高的机动性。同时，考虑到系统的能耗和成本，可重构智能表面(reconfigurable intelligentsurface,RIS)利用多个可自由调节相移的低功耗反射元件重构无线传播环境，可以使RIS辅助无人机通信能够进一步增强通信。

由于能量存储有限和高密度集成天线阵列，RIS辅助UAV通信的关键挑战在于信道信息的获取和波束形成的设计。但由于复杂的无线通信环境，导致信道特性多变。因此，对于RIS辅助UAV通信，可以使用波束训练识别主路径，实现波束对准，无需信道估计即可建立组网和合法反射链路。目前，基于RIS的波束训练已经做了大量研究，主要集中在性能分析、码本设计、多径路由设计等方面。但对于新兴及未来无线网络的热点问题----能效问题，未有相关研究。

因此，基于能效的RIS辅助UAV通信的实际评价体系仍缺乏完备可靠、符合实际应用的研究方案。

综合来说，现有技术存在以下缺陷和不足：

1、RIS辅助UAV通信系统往往需要信道信息或波束成形的设计，但在实际应用中，复杂的无线传播环境导致信道估计或信道获取难以实现，波束成形更难以设计优化；

2、基于RIS的波束训练问题研究多集中在码本设计、多径选择等方案，而未考虑到未来无线网络关注的能效问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于能效的RIS辅助UAV通信的优化方法及相关装置，以解决复杂的无线传播环境导致信道估计或信道获取难以实现，波束成形更难以设计优化以及能效高的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明第一方面，提供一种基于能效的RIS辅助UAV通信的优化方法，包括：

基于无人机搭建RIS辅助UAV通信模型；

基于RIS辅助UAV通信模型，通过能量最小化的波束训练优化RIS辅助UAV通信的传输功率，得到优化问题和系统的接收信噪比；

根据系统的接收信噪比，求解优化问题，得系统的最小发射功率。

可选的，基于无人机搭建RIS辅助UAV通信模型包括：

一个多天线基站BS、N个反射单元的RIS架设在无人机上以及一个多天线用户UE。

可选的，多天线基站BS及多天线用户UE天线阵列为均匀线阵，多天线基站BS及多天线用户UE的天线个数以及RIS的反射单元个数分别用N_U,N_B和N_R表示。

可选的，波束训练条件为：在上行通信，需要实现多天线用户UE-RIS、RIS-多天线基站BS两条通信链路的波束对准/波束训练；多天线基站BS位置已知，RIS位置通过无人机位置反馈确定，波束训练只涉及用户的出发角与RIS位置的到达角。