【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信领域，具体涉及一种考虑空间、时域与频域参数优化的空对地混合通信方法。
技术介绍
1、近年来，无人机和通信技术的快速发展为低空经济提供了坚实的技术基础。在应急救援中，信息快速准确的传输是整个通信的关键所在。地震、暴雨等灾害所引起的通信基础设施损坏会导致整个灾区面临通信瘫痪。在这种情况下，配备机载通信基站系统的无人机可以迅速部署，建立临时通信网络，恢复灾区的通信能力，保障救援和指挥调度的顺畅。
2、liu等人在文献“liu y,liu k,han j,zhu l,xiao z,xia x,resourceallocation and 3d placement for uav-enabled energy-efficient iotcommunications,ieee internet of things journal,2020,pp(99):1-1”中研究了物联网(iot)网络中无人机基站的最佳空中定位和资源分配，目的是最小化物联网设备的总传输功率。他们采用k-means算法进行聚类，采用改进的hd4m算法进行子信道分配，最后采用交替迭代法联合优化物联网设备发射功率和无人机高度。
3、hattab等人在文献“hattab g,cabric d,energy-efficient massive iotshared spectrum access over uav-enabled cellular networks,ieee transactionson communications,202
4、在物联网网络中，park等人在文献“park g,lee k,optimization of thetrajectory,transmit power,and power splitting ratio for maximizing theavailable energy of a uavaided swipt system,sensors,2022,22(23):9081”提出了一种功率分割(ps)策略，联合优化无人机的轨迹、传输功率和功率比，以最大化平均频谱效率并确保地面用户设备最小平均可用能量。
5、以上方法对无人机空间、传输功率、时域和频域等进行了不同程度和组合的优化，却忽略了时域和频域参数的同时优化，这导致系统性能优化还有一定空间。
6、而目前，因受到uav(unmanned aerial vehicle，无人机)轨迹、时域资源和频域资源的限制，有效通信的地面节点数量还无法达到全覆盖。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种考虑空间、时域与频域参数优化的空对地混合通信方法、装置和电子设备。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、第一方面，本专利技术实施例提供了一种考虑空间、时域与频域参数优化的空对地混合通信方法，所述方法包括：
3、针对含有多个无人机uav和用户节点ue的场景，建立uav轨迹模型，并基于视距链路和非视距链路建立uav和ue之间的信道模型；
4、基于设计的混合通信架构，建立通信链路规则，包括：每个时隙基于tdd技术被划分为上行和下行传输阶段，传输时长依据上下行比例划分；基于fdma技术，各时隙内系统总频率带宽按照与ue数匹配的多个子带宽划分比例，划分为各ue的子频率带宽；各时隙内ue和uav之间的通信决策根据上下行数据传输速率确定，上下行数据传输速率基于所述上下行比例、所述多个子带宽划分比例和所述信道模型计算得到；
5、基于所述通信决策，以uav轨迹、上下行比例、多个子带宽划分比例作为优化参数，以通信覆盖的ue总数作为优化目标，并加入多个约束条件，建立问题模型；
6、建立强化学习模型，并引入预设的策略优化算法对所述问题模型的优化参数进行优化，以实现所述优化目标。
7、在本专利技术的一个实施例中，所述uav轨迹模型，表示为：
8、
9、其中，所述场景内，地面上方部署有j个uav，表示为地面部署有i个ue，表示为uav的飞行周期被划分为t个相等的时间段，表示为其中每个时间段为一个时隙，用持续时间τ表示，且τ足够小；第j个uav表示为uavj，其在时隙t的坐标表示为和分别表示uavj在时隙t的横坐标和纵坐标，hj表示uavj的飞行高度；表示uavj的初始坐标；表示uavj在时隙t的飞行距离；表示uavj在时隙t的飞行角度，取值范围是[0,2π]；
10、所述uav轨迹模型中，uav飞行坐标约束表示为：
11、
12、其中，lmax表示在一个时隙内的无人机最大飞行距离。
13、在本专利技术的一个实施例中，所述基于视距链路和非视距链路建立uav和ue之间的信道模型，包括：
14、确定时隙t中uavj和uei之间的视距连接概率和非视距连接概率，分别表示为：
15、
16、其中，los和nlos分别表示视距和非视距；uei表示第i个ue；表示时隙t中uavj和uei之间的视距连接概率，表示时隙t中uavj和uei之间的非视距连接概率；α和β是环境常数；表示时隙t中uavj和uei之间的仰角；
17、确定时隙t中uavj和uei之间的los平均路径损耗和nlos平均路径损耗，分别表示为：
18、
19、其中，和分别表示时隙t中uavj和uei之间的los平均路径损耗和nlos平均路径损耗；f表示uavj和uei的信道传输频率，单位为hz；表示时隙t中uavj和uei之间的距离；c表示光速；ηlos和ηnlos分别表示los路径上的附加损耗和nlos路径上的附加损耗；
20、根据时隙t中uavj和uei之间的视距连接概率、非视距连接概率，时隙t中uavj和uei之间的los平均路径损耗、nlos平均路径损耗，确定时隙t中uavj和uei之间的平均路径损耗，表示为：
21、
22、其中，是时隙t中uavj和uei之间的平均路径损耗，用于表征信道状态。
23、在本专利技术的一个实施例中，所述通信链路规则中，
24、时隙t中uavj和uei的上行数据传输速率的计算公式为：
25、
26、时隙t中uavj和uei的下行数据传输速率的计算公式为：
27、
28、其中，为时隙t中uavj和uei的上行数据传输速率；为时隙t中uavj和uei的下行数据传输速率；kt为时隙t中上下行比例，ktτ表示时隙t中上行传输阶段的传输时长，(1-kt)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑空间、时域与频域参数优化的空对地混合通信方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑空间、时域与频域参数优化的空对地混合通信方法，其特征在于，所述UAV轨迹模型，表示为：
3.根据权利要求2所述的考虑空间、时域与频域参数优化的空对地混合通信方法，其特征在于，所述基于视距链路和非视距链路建立UAV和UE之间的信道模型，包括：
4.根据权利要求3所述的考虑空间、时域与频域参数优化的空对地混合通信方法，其特征在于，所述通信链路规则中，
5.根据权利要求4所述的考虑空间、时域与频域参数优化的空对地混合通信方法，其特征在于，所述通信链路规则中，通信决策表示为：
6.根据权利要求5所述的考虑空间、时域与频域参数优化的空对地混合通信方法，其特征在于，所述问题模型的表达式为：
7.根据权利要求6所述的考虑空间、时域与频域参数优化的空对地混合通信方法，其特征在于，所述强化学习模型包括MDP模型，所述预设的策略优化算法包括PPO算法。
8.根据权利要求7所述的考虑空间、时域与频域参数优化的空对地
9.一种考虑空间、时域与频域参数优化的空对地混合通信装置，其特征在于，包括：
10.一种空对地通信系统，其特征在于，包括多个无人机UAV和用户节点UE，所述空对地通信系统采用权利要求1-8任一项所述的考虑空间、时域与频域参数优化的空对地混合通信方法实现空对地通信。
...【技术特征摘要】
1.一种考虑空间、时域与频域参数优化的空对地混合通信方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑空间、时域与频域参数优化的空对地混合通信方法，其特征在于，所述uav轨迹模型，表示为：
3.根据权利要求2所述的考虑空间、时域与频域参数优化的空对地混合通信方法，其特征在于，所述基于视距链路和非视距链路建立uav和ue之间的信道模型，包括：
4.根据权利要求3所述的考虑空间、时域与频域参数优化的空对地混合通信方法，其特征在于，所述通信链路规则中，
5.根据权利要求4所述的考虑空间、时域与频域参数优化的空对地混合通信方法，其特征在于，所述通信链路规则中，通信决策表示为：
6.根据权利要求5所述的考虑空...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵乐，刘雄超，尚韬，李兆坤，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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