无人机低空平台通信系统优化部署研究

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随着无人机技术的普及,无人机在诸多领域的发展潜力逐渐被发掘,尤其在无线通信领域中无人机有着不可替代的地位。无人机低空平台不仅能够弥补传统地面通信系统的不足,还能形成空中通信系统灵活地部署到需求场景中,给地面请求用户提供高质量的持续服务。通过设计合理的系统结构,能够有效的优化整个通信系统的覆盖能力;通过优化系统的部署位置,能够有效提升系统的服务质量和资源利用情况。本文对无人机低空平台通信系统的优化部署问题进行了研究,部署系统采用了区域划分策略和分步式分配方式,通过本文优化模型和算法进行整个系统的优化部署。首先,本文介绍了不同类型的无人机和机载设备的性能参数,选取合适的设备构建本文无人机低空平台,并将实际性能参数应用到本文仿真实验之中。针对实际的用户分布问题进行了仿真场景的改进,通过泊松簇过程和均匀分布相结合的方式,提出了热点区域概念,增强了初始仿真场景的真实性和复杂性。然后,本文提出DDP(Dynamic Density Peak)算法来解决用户分布场景的区域划分问题,通过对区域覆盖范围以及最大服务用户数量的限制,进行用户分布场景下的区域划分。DDP算法通过计算用户位置坐标点的局部密度的方式,能够自动地进行初始区域中心点的选取。根据区域中心点的位置采用距离最近原则判断用户的归属,使场景内的每个用户都有归属区域,保证当前场景中用户的全覆盖。DDP算法采用了动态调整策略,能够对每个划分区域内的用户数量进行均衡,得到系统负载相对均衡的区域划分结果,并且通过实验证明了DDP算法在处理区域划分问题上的优势。最后,本文提出了系统吞吐量和通信处理功耗联合优化的部署问题。在考虑到平台机载通信设备的性能限制造成的频谱资源以及子信道数量有限的情况下,本文采用平台信道和功率分布式分配的方式来降低平台机载设备的分配开销。系统中各个平台区域之间采用频分复用的方式来减少平台部署时同频区域间的相互干扰,并对比了不同复用因子下系统部署的性能差异。通过仿真实验对比验证,不同用户场景和不同部署方案下,结合功率注水分配的NSGA2算法能够有效的解决系统吞吐量和通信处理功耗联合优化部署问题,并给出不同复用因子下Pareto域的优化解集,根据实际需求可以选择解集中的最优解进行部署。
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