论文部分内容阅读
随着现代移动通信技术的迅速发展,物联网等新兴业务不断涌现,通信场景的多样化对现有的无线通信系统带来了巨大的机遇和挑战。传统通信基础设施易受到部署成本高、位置固定等因素的限制,而利用无人机构建的空中通信平台,有着部署迅速、视距(line of sight,Lo S)信道和高移动性等突出优点,可以灵活应对复杂的通信环境并提供可靠的服务。将无人机应用于物联网通信系统中,不仅能够更好地满足用户公平性需求,还能通过与无线携能通信(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)技术相结合,提升系统能量传输性能,从而解决物联网节点电池能量有限且更换成本高的问题。此外,将无人机运用于中继通信系统中,可以实现目标节点定位和跟踪服务,以应对突发情况中的节点位置未知问题。基于以上场景,本文展开如下研究:(1)针对无人机物联网通信场景下的SWIPT通信系统资源分配和航迹优化问题,本文以最大化系统收集能量为目标,提出一种联合优化算法。本文以旋翼无人机作为移动接入点,考虑到信息传输低延迟的需求,使用正交频分多址接入(orthogonal frequency division multiple access,OFDMA)技术实现多用户接入。在满足用户公平性和最低数据传输速率等约束的前提下,通过对通信资源分配、功率分割系数调整和无人机航迹规划等问题的联合优化,实现系统能量收集最大化的目标。本文所提联合优化算法,通过结合使用块坐标下降法和连续凸近似(successive convex approximation,SCA)法,将复杂的优化问题拆分为多个子问题进行求解,循环求解子问题直至其结果收敛。最后,通过数学仿真,验证了所提算法的可行性和有效性,此外,通过分析单个节点的资源分配情况,总结出一套资源优化分配策略。(2)针对无人机中继通信场景下的搜索航迹优化问题,本文以最大化所有节点中的最小接收信号强度(received signal strength,RSS)为目标,提出一种基于RSS的无人机中继航迹优化算法。该算法分为两个阶段:第一阶段,无人机根据RSS估算节点位置,确定航向;第二阶段,通过测算RSS变化率,微调航向。最后,通过数学仿真,证明了该方法的优越性,优化后的航向更准确,且搜索航迹更短,可以有效降低无人机的飞行能耗,且可以为移动节点提供跟踪服务。