一种无人机中继多跳通信系统中的中继节点布设方法与流程

文档序号:14655384发布日期:2018-06-12 02:57阅读:来源:国知局
技术特征:

1.一种无人机中继多跳通信系统中的中继节点布设方法,其特征在于,包括以下步骤:

a.建立无人机中继多跳通信系统的模型

该系统模型包含一个基站,n-1个无人机中继和一个移动台,且无人机距地面高度均为h,基站与移动台之间的距离固定为d,基站与n-1个无人机中继的传输功率分别为p1,p2,…,pn;

b.构建无人机多跳通信系统的中继布设优化模型

以n-1个无人机位置布设的参数di为优化变量,利用移动台的中断概率Pout=Pr[γmin=min{γ1,γ2,…,γn}≤γth]构建目标函数,再由基站与移动台之间的距离d固定构建限制性条件,从而将无人机中继布设问题转化为一个最优化的数学模型;

c.简化最优化数学模型的目标函数

在基于无人机的多跳可再生通信系统中,中断概率可以表示为利用指数函数的单调性,要求Pout的最小值,即为求的最小值;而γth为信噪比门限值,每条链路的平均信噪比γi=Gipi,其中pi为第i跳的传输功率,Gt、Gr分别是发送天线增益和接收天线增益,λ是波长,L是系统损耗因子,N0i是第i跳的噪声功率,εi是第i跳的对数正态阴影衰落参数,α是路径损耗因子,每一跳的距离由于除Si外;其余均可视为常数,所以假设di>>h(i=1,2,…,n),则将该优化模型的目标函数简化为

d.证明简化后的优化问题为一个凸优化问题

根据简化后的目标函数,可得其Hessian矩阵为

因为在自由空间中,路径损耗因子α=2;在城市环境下,路径损耗因子α∈[3,4],所以即该矩阵正定,同时证明该目标函数为凸函数;此外,该优化问题的所有约束都是线性的,从而形成一个凸集,因此,上述优化问题为一个凸优化问题,其局部最优解即为全局最优解;

e.最优化模型的求解

利用拉格朗日乘子法,可得拉格朗日表达式如下:其中λi与μ均为拉格朗日乘子,再由KKT条件可得,根据即可得出最优中继无人机位置的闭式解:

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