[发明专利]无人机辅助认知卫星地面通信网络多点协作传输方法

摘要

无人机辅助认知卫星地面通信网络多点协作传输方法，涉及天地一体化通信与认知网络技术领域，以最大化地面用户的传输速率为目标，以无人机节点飞行轨迹、无人机节点发射功率和蜂窝基站发射功率为优化变量，并考虑次级系统对主级系统的干扰温度门限、无人机节点飞行条件约束以及无人机节点和蜂窝基站的数发送功率等约束条件建立数学模型，对模型求解即可得到多点协作传输的最佳方案。本发明有益效果：在满足主级系统中用户的干扰约束条件下，最大程度的提升次级系统的传输速率性能。

主权项

1.无人机辅助认知卫星地面通信网络多点协作传输方法，该无人机辅助认知卫星地面通信网络包括一个由卫星与地面站组成的主级通信系统和一个由蜂窝基站、地面用户以及无人机节点组成的次级通信系统，主级通信系统中卫星向地面站发送数据，次级通信系统共享主级通信系统的授权频段，无人机节点按照指定路径飞行，并与蜂窝基站同时向地面用户发送数据；建立三维空间直角坐标系(x,y,z)，z轴坐标表示空间的高度位置信息，系统中任意节点的位置均由三维坐标向量表示，主级系统中的地面站、次级系统中的地面用户和蜂窝基站位置坐标固定，无人机节点在三维空间中以固定高度H_u飞行，单次飞行时间为T，将该时间段分割为N个时隙，每个时隙宽度为δ，即δ＝T/N,第n个时隙无人机节点的位置坐标为q[n]＝(x[n],y[n],H_u)^T，假设时隙宽度足够小，无人机节点的飞行路径可由的位置点集合表示，假设蜂窝基站到地面站或地面用户之间的无线信道满足瑞利分布模型，假设第n个时隙无人机节点到地面站或地面用户之间的无线信道满足自由空间传播损耗模型，假设卫星到地面站或地面用户之间的无线信道满足阴影瑞利衰落模型，其特征在于：所述多点协作传输方法包括以下步骤：步骤一、主级系统中卫星以恒定发射功率Ps向地面站发送数据，同时，次级网络中蜂窝基站和无人机节点在第n个时隙分别以发射功率pb[n]和pu[n]向地面用户发送相同数据，主级系统与次级系统之间互相形成干扰，计算第n时隙地面用户的数据传输速率Rm[n]；步骤二、计算次级系统中无人机节点和蜂窝基站在第n个时隙对主级系统中地面站的干扰温度γe[n]；步骤三、基于步骤一和步骤二中次级系统地面用户的数据传输速率和主级系统地面站的干扰温度模型，以最大化地面用户的数据传输速率为优化目标，并考虑无人机节点飞行速度和起止位置约束、无人机节点和蜂窝基站最大功率约束以及主级系统地面站受到的干扰温度约束，建立以无人机节点飞行轨迹无人机节点发射功率和蜂窝基站发射功率为变量的数学模型：C2:||q[n+1]‑q[n]||≤Vmaxδ,n＝1,...,N‑1,；C3:q[1]＝q0,q[N]＝qF,其中，C1表示地面站的干扰温度小于门限γ_th这一事件的概率P_r(γ_e[n]≤γ_th)要大于1‑P_out，P_out表示中断概率，C2表示无人机节点的飞行速度约束，V_max表示无人机节点最大飞行速度，C3表示无人机节点起止位置约束，q₀表示无人机节点起始位置，q_F表示无人机节点终止位置，C4表示蜂窝基站发射功率约束，表示蜂窝基站的最大发射功率值，C5表示无人机节点发射功率约束，表示无人机节点的最大发射功率值；步骤四、对步骤三中的模型求解得到多点协作传输的最佳方案。