一种智能超表面与中继的协作系统辅助无人机通信方法技术方案

本发明专利技术涉及一种智能超表面与中继的协作系统辅助无人机通信方法，其包括建立两阶段的传输协议和信道模型；获得智能超表面与中继协作系统辅助无人机数据采集速率与中继接收与发送的两阶段的时间分配系数、智能超表面的两阶段的相位和无人机的位置之间的关系；优化中继接收与发送的两阶段的时间分配系数、智能超表面的两阶段的相位和无人机的位置；部署智能超表面和中继，使智能超表面、中继与无人机、传感器节点之间建立视距通信链路。解决了当RIS部署在接近地面用户的位置时，RIS辅助无人机通信带来的性能提升极大受限的问题。本发明专利技术具有提升部署在接近地面用户位置的RIS辅助无人机通信性能的效果。机通信性能的效果。机通信性能的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种智能超表面与中继的协作系统辅助无人机通信方法


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其是涉及一种智能超表面与中继的协作系统辅助无人机通信方法。

技术介绍

[0002]5G技术的发展和应用，给移动通信带来了新的愿景，同样也带来了新的挑战，比如数据流量的需求迅速增长，毫米波通信受遮挡影响严重等。特别地，对于应用于智慧城市的无人机数据采集系统来说，因城市建筑物、树木和人等对通信环境的恶劣影响，再加上无人机的移动性对通信性能的提高也是有限的，尤其是在配有毫米波通信的无人机通信场景中，障碍物遮挡带来的影响更为严重。受上述限制，无人机需要飞行在较高的高度，以保持较高的LoS(Line of Sight，视距通信)概率，而这也会带来较大的通信损耗。
[0003]最近，一项名为“RIS(Reconfigurable Intelligent Surface,智能超表面)”的技术被提出并迅速受到研究人员的关注。RIS技术以其低成本、易部署、可改变通信环境的特点，被认为是未来6G的关键技术。
[0004]一般来说，RIS是由大量无源反射元件组成的阵列平面，其中每个反射元件都可以独立可控地改变入射信号的幅度或相位。目前，已有许多研究和实例证明了智能超表面在频谱效率、通信覆盖率、可靠性等诸多方面有显著提高。因此，通过部署RIS并巧妙地设计反射，可以灵活地对信号传播环境进行重新配置，以进一步提高无人机通信的自由度，使其在直接通信链路受遮挡的时候也可保持较好的通信连接。
[0005]又因RIS辅助无人机通信时的反射链路也存在损耗，为降低损耗的影响，通常将RIS部署在发射端或接收端附近。若考虑将RIS部署在接近地面用户的位置时，由于无人机的位置是可变的，无法得到接近无人机的固定位置，则仍然面临无人机与RIS之间存在遮挡的问题，导致RIS辅助无人机通信带来的性能提升十分有限。
[0006]针对上述中的相关技术，专利技术人认为当RIS部署在接近地面用户的位置时，存在有RIS辅助无人机通信带来的性能提升极大受限的缺陷。

技术实现思路

[0007]为了提升部署在接近地面用户位置的RIS辅助无人机通信的性能，本专利技术提供了一种智能超表面与中继的协作系统辅助无人机通信方法。
[0008]第一方面，本专利技术提供一种智能超表面与中继的协作系统辅助无人机通信方法，具有提升部署在接近地面用户位置的RIS辅助无人机通信的性能的特点。
[0009]本专利技术是通过以下技术方案得以实现的：
[0010]一种智能超表面与中继的协作系统辅助无人机通信方法，包括以下步骤：
[0011]基于智能超表面辅助传感器节点将数据发送至中继、无人机的阶段和基于智能超表面辅助中继解码转发数据至无人机的同时，传感器节点通过智能超表面反射信号至无人机的阶段，建立两阶段的传输协议和信道模型；
[0012]根据所述两阶段的传输协议和信道模型，建立智能超表面与中继协作系统辅助无人机数据采集速率与中继接收与发送的两阶段的时间分配系数、智能超表面的两阶段的相位和无人机的位置之间的关系；
[0013]使智能超表面与中继协作系统辅助无人机数据采集速率达到最大值，优化中继接收与发送的两阶段的时间分配系数、智能超表面的两阶段的相位和无人机的位置；
[0014]按照优化的中继接收与发送的两阶段的时间分配系数、智能超表面的两阶段的相位和无人机的位置，部署智能超表面和中继，使所述智能超表面、所述中继与所述无人机、所述传感器节点之间建立视距通信链路。
[0015]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述优化中继接收与发送的两阶段的时间分配系数的步骤包括：
[0016]预设无人机的位置和智能超表面的两阶段的相位，使智能超表面与中继协作系统辅助无人机数据采集速率达到最大值的求解转换为线性规划问题并求解，优化更新中继接收与发送的两阶段的时间分配系数。
[0017]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述优化智能超表面的两阶段的相位的步骤包括：
[0018]预设无人机的位置和优化的所述中继接收与发送的两阶段的时间分配系数，通过半定松弛方法使智能超表面与中继协作系统辅助无人机数据采集速率达到最大值的求解转换为凸半定规划问题并求解，优化更新智能超表面在两阶段的相位。
[0019]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：基于预设的所述无人机的位置，采用凸优化求解器和高斯随机化方法，求解智能超表面辅助中继解码转发数据至无人机的同时，传感器节点通过智能超表面反射信号至无人机的阶段的相位。
[0020]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：基于优化的所述中继接收与发送的两阶段的时间分配系数、所述智能超表面辅助中继解码转发数据至无人机的同时，传感器节点通过智能超表面反射信号至无人机的阶段的相位和预设的所述无人机的位置，采用凸优化求解器和高斯随机化方法，求解智能超表面辅助传感器节点将数据发送至中继、无人机的阶段的相位。
[0021]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：优化无人机的位置的步骤包括：
[0022]基于优化的所述中继接收与发送的两阶段的时间分配系数、优化的所述智能超表面的两阶段的相位，使智能超表面与中继协作系统辅助无人机数据采集速率达到最大值的求解转换为无人机位置与智能超表面到无人机的通信链路的阵列响应中离开角和路径损耗的关系问题并求解，优化更新无人机的位置。
[0023]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：求解所述无人机位置与智能超表面到无人机的通信链路的阵列响应中离开角和路径损耗的关系问题时，采用有限区域逐次优化
‑
连续凸逼近算法，逐次在小区域求解局部最优的无人机的位置，并通过连续凸逼近方法进行凸近似，直至目标函数值的分数增长量小于预设阈值，获得无人机的优化位置解。
[0024]本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述部署智能超表面、中继、无人机和传感器节点，使所述智能超表面、所述中继与所述无人机、所述传感器节点之间建立视距通信链路的步骤包括：
[0025]当无人机和传感器节点之间无直接通信链路时，预设所述传感器节点于建筑物内
的地面位置；
[0026]使所述中继位于建筑物外部区域；
[0027]结合所述传感器节点和所述中继的位置，使至少2个所述智能超表面垂直放置在建筑物表面；
[0028]同时，基于优化的所述无人机的位置，使所述智能超表面、所述中继与所述无人机、所述传感器节点之间建立视距通信链路。
[0029]第二方面，本专利技术提供一种计算机设备，具有提升部署在接近地面用户位置的RIS辅助无人机通信性能的特点。
[0030]本专利技术是通过以下技术方案得以实现的：
[0031]一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述智能超表面与中继的协作系统辅助无人机通信方法的步骤。
[0032]第三方面，本专利技术提供一种计算机可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能超表面与中继的协作系统辅助无人机通信方法，其特征在于，包括以下步骤：基于智能超表面辅助传感器节点将数据发送至中继、无人机的阶段和基于智能超表面辅助中继解码转发数据至无人机的同时，传感器节点通过智能超表面反射信号至无人机的阶段，建立两阶段的传输协议和信道模型；根据所述两阶段的传输协议和信道模型，建立智能超表面与中继协作系统辅助无人机数据采集速率与中继接收与发送的两阶段的时间分配系数、智能超表面的两阶段的相位和无人机的位置之间的关系；使智能超表面与中继协作系统辅助无人机数据采集速率达到最大值，优化中继接收与发送的两阶段的时间分配系数、智能超表面的两阶段的相位和无人机的位置；按照优化的中继接收与发送的两阶段的时间分配系数、智能超表面的两阶段的相位和无人机的位置，部署智能超表面和中继，使所述智能超表面、所述中继与所述无人机、所述传感器节点之间建立视距通信链路。2.根据权利要求1所述的智能超表面与中继的协作系统辅助无人机通信方法，其特征在于，所述优化中继接收与发送的两阶段的时间分配系数的步骤包括：预设无人机的位置和智能超表面的两阶段的相位，使智能超表面与中继协作系统辅助无人机数据采集速率达到最大值的求解转换为线性规划问题并求解，优化更新中继接收与发送的两阶段的时间分配系数。3.根据权利要求1所述的智能超表面与中继的协作系统辅助无人机通信方法，其特征在于，所述优化智能超表面的两阶段的相位的步骤包括：预设无人机的位置和优化的所述中继接收与发送的两阶段的时间分配系数，通过半定松弛方法使智能超表面与中继协作系统辅助无人机数据采集速率达到最大值的求解转换为凸半定规划问题并求解，优化更新智能超表面在两阶段的相位。4.根据权利要求3所述的智能超表面与中继的协作系统辅助无人机通信方法，其特征在于，基于预设的所述无人机的位置，采用凸优化求解器和高斯随机化方法，求解智能超表面辅助中继解码转发数据至无人机的同时，传感器节点通过智能超表面反射信号至无人机的阶段的相位。5.根据权利要求4所述的智能超表面与中继的协作系统辅助无人机通信方法，其特征在于，基于优化的所述中继接收与发送的两阶段的时间分配系数、所述智能超表面辅助中继解码转发数据至无人机的同时，传感器节点通过智能超表面反射信号至无人机的阶段的相位和预设的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐冬，李一聪，黄高飞，赵赛，郑晖，刘贵云，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：