【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无人机通信，尤其涉及一种基于毫米波的无人机网络中优化用户视距覆盖方法。
技术介绍
1、无人机(unmanned aerial vehicles，uavs)已在电讯、救援等应用领域广泛使用。将uav作为空中基站(base stations，bs)能够有效提高电信网络对地面用户的覆盖，提升网络的吞吐量。
2、相比于传统的sub-6ghz系统，mmwave通信具有超大带宽，其在基于uav协作的应急救援应用中具有重要作用。然而，当uav与用户间链路处于非视距(non-line-of-sight，nlos)环境，通信链路将遭受巨大的路径衰减。因此，对于基于mmwave的uav通信场景而言，给用户提供视距(line-of-sight，los)链路服务是非常关键的。
3、为了给用户提供高质量的los服务覆盖服务，应联合调整uav的位置以及它们的定向天线的取向。有文献研究了uavs的通信覆盖问题。然而，这些研究工作存在以下几点不足：1)他们考虑的用户(无线终端设备)位于地面上，即水平平面；而本文的考虑的用户是位于三维空间(3d)；2)他们将空-地面的路径损耗模型看成基于sub-6ghz通信的los和nlos的概率模型。然而，为了充分利用基于mmwave通信的优势，uav与用户间的链路必须处于los状态。
4、此外，现存的多数研究工作将uav无线覆盖模型看成圆形。本文将基于3d定向覆盖模型，形成基于mmwave的uav los覆盖模型和用户直接视角(line of view，lov)覆盖模型。p>
5、因此，提出一种基于毫米波的无人机网络中优化用户视距覆盖方法，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术本文针对mmwave-uav通信场景，提出一种基于毫米波的无人机网络中优化用户视距覆盖方法，提高了对用户los覆盖比例和用户与uav间的信噪比。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于毫米波的无人机网络中优化用户视距覆盖方法，包括以下步骤：
4、s1：预设信噪比的阈值，获取用户从uav处接收信号的信噪比；
5、s2：当用户被uav覆盖时构建uav的los覆盖模型和用户lov的覆盖模型，结合得到完备的los覆盖函数；
6、s3：构建基于完备的los覆盖函数和uav位置及uav配备定向天线取向的目标函数p1；
7、s4：采用贪婪几何法求解目标函数，得到优化后的用户与uav间的snr值，依据优化后的用户与uav间的snr值对uav进行部署。
8、上述的方法，可选的，s1中具体步骤为：
9、s101：保证uavs和用户链路处于los状态，令表示用户与uav间距离路径衰耗：
10、
11、式中：fc为载波频率；表示用户与uav间距离，其中(xj,yj,hj)、(xi,yi,hi)分别表示用户、uav的位置坐标、表示光速；
12、s102：令pi表示uav的传输功率，用户从所接收信号的信噪比rij为：
13、
14、式中：gi表示uav天线增益，δ2表示噪声功率。
15、上述的方法，可选的，γ0表示预设信噪比的阈值，当γij大于预定阈值γ0，则认为用户在uav的覆盖范围内。
16、上述的方法，可选的，s2具体步骤为：
17、s201：满足γij≥γ0和其中表示用户的方向矢量θj表示用户的视角；
18、s202：设定uav的hpbw为φ，φ∈(0°,180°)，令dmax表示当满足γij≥γ0时uav离用户的最大距离，uav的los的覆盖模型可简化为：
19、
20、其中：表示用户与uav间距离应不大于dmax；表示用户与uav间连线与间夹角应不大于φ/2；
21、s203：满足用户lov的覆盖模型则简化为：
22、
23、s204：结合式(3)和式(4)：当满足和用户与uav间的链路为los，则建立完备的los覆盖函数如下式：
24、
25、上述的方法，可选的，s3中p1表达式为：
26、p1：
27、约束项：
28、
29、其中，表示是否uav位于三维位置(xi,yi,hi)，若位于该位置(xi,yi,hi)上，则否则为零；用二值变量βij表示用户是否与uav相关联，若关联，则βij＝1，否则βij＝0；
30、式(7)的约束项确保每个用户只有一个uav为其提供los覆盖。
31、上述的方法，可选的，s4具体步骤为：
32、s401：假定uav位于在离散候选位置k∈k上，在这种情况下，计算被该uav以los形式覆盖的用户数，令表示被该uav覆盖的用户集；
33、由于不必为中每个用户在任意特定方向上提供los覆盖服务，因此，需要从中寻找一个子集
34、s402：构建表示必须覆盖用户的基础上，在定向覆盖的最大用户数集；
35、s403：中用户ux执行s402，构建并计算每个用户所构建的集的大小，并从中选择一个最大集以及相对应的取向：
36、
37、式中：表示集用户数的大小，用表示取值时的取向；
38、s404：计算中每个用户与uav间snr的均值
39、
40、式中：表示用户的信噪比；
41、s405：每个网格都执行s404，并依据按降序排序，令θ表示排序后的存储的数组，θ[0]表示|k|个中的最大值；
42、s406：依据θ[0]值以及相对应的值，部署uav，具体过程如下：依据θ[0]值，找到该值所对应的网格序号，即k的取值kopt以及取向；然后，在该网格kopt上部署uav；再将从u集中删除，即再重复s401，重复上述过程，直到u为空。
43、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提供了一种基于毫米波的无人机网络中优化用户视距覆盖方法，具有以下有益效果：
44、(1)本专利技术结合基于毫米波、无人机通信的优势，提升应急救援场景中用户通信服务质量。毫米波通信具有超大带宽，带宽高达273.5ghz。同时毫米波通信探测能力强，对沙尘和烟雾具有很强的穿透能力，适合地震、海啸等灾后混乱的疏散救援场景。uav具有高的视距链路特性，并且uav的机动性好，能覆盖大面积区域，能更全面的监视现场。将毫米波与uav通信相结合，能帮助救援中心实时掌握现场情况，便于指挥人员制定有效的人员搜索、疏散方案。
45、(2)本专利技术在不改变地面通信设施基础上，利用uav作为空中基站，搭建临时的通信系统，利用毫米波通信，将传感数据传输到控制中心，提升了数据传输的吞吐量以及用户通信质量，使指挥人员掌握现场情况，为决策提供支持。
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1.一种基于毫米波的无人机网络中优化用户视距覆盖方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波的无人机网络中优化用户视距覆盖方法，其特征在于，S1中具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的一种基于毫米波的无人机网络中优化用户视距覆盖方法，其特征在于，γ0表示预设信噪比的阈值，当γij大于预定阈值γ0，则认为用户在UAV的覆盖范围内。
4.根据权利要求3所述的一种基于毫米波的无人机网络中优化用户视距覆盖方法，其特征在于，S2具体步骤为：
5.根据权利要求1所述的一种基于毫米波的无人机网络中优化用户视距覆盖方法，其特征在于，S3中P1表达式为：
6.根据权利要求1所述的一种基于毫米波的无人机网络中优化用户视距覆盖方法，其特征在于，S4具体步骤为：
【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波的无人机网络中优化用户视距覆盖方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波的无人机网络中优化用户视距覆盖方法，其特征在于，s1中具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的一种基于毫米波的无人机网络中优化用户视距覆盖方法，其特征在于，γ0表示预设信噪比的阈值，当γij大于预定阈值γ0，则认为用户在uav...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐会彬，王鑫，杨秀诗，勒鹏宇，
申请(专利权)人：湖州师范学院，
类型：发明
国别省市：
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