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专利号: 2021105726185
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种5G通信系统用户关联、无人机部署及资源分配方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:S1:建模用户‑信道关联变量;

S2:建模UAV基站部署区域,其中UAV表示无人机;

S3:建模链路传输速率;

S4:建模链路传输时延;

S5:建模EU和速率,其中EU表示增强移动宽带用户;

S6:建模RU时延和,其中RU表示超高可靠低时延用户;

S7:建模MU能耗和,其中MU表示海量机器类通信用户;

S8:建模用户‑信道关联、无人机部署及资源分配限制条件;

S9:基于系统多目标优化确定用户关联、无人机部署及资源分配策略;

假设系统存在多种5G用户,包括M1个EU、M2个RU及M3个MU,各类用户均需发送数据至核心网;令EUi表示第i个EU用户,1≤i≤M1;RUj表示第j个RU用户,1≤j≤M2;MUl表示第l个MU用户,1≤l≤M3;令M=M1+M2+M3表示系统中所有用户数,UEm表示第m个用户;令Sm表示UEm需传输的数据量,1≤m≤M;

为实现用户数据通过无人机传输至核心网,部署UAV基站、UAV中继及UAV网关,假设所部署UAV总数N,令 表示第n1个UAV基站,1≤n1≤N1; 表示第n2个UAV中继,1≤n2≤N2;

表示第n3个UAV网关,1≤n3≤N3;令N=N1+N2+N3表示系统中所部署UAV总数,Un表示第n个UAV,1≤n≤N;

假设EU与RU能接入UAV基站,MU能通过与EU关联转发数据至核心网;系统采用正交频分多址方式传输数据,每个子信道的带宽为B;

步骤S1中,建模用户‑信道关联变量,具体包括:令 为用户接入模式选择变量,表示UEm与 进行关联,反之, 令 为MU关联变量,表示MUl与EUi进行关联,反之, 令 为无人机关联变量,表示 与 关联传输UEm的数据,反之 表示 与 关联传输UEm的数据,反之,

步骤S2中,建模无人机基站部署区域,具体包括:将无人机部署区域建模为三维网格,令 分别为网格中行、列、垂直方向最大点数,αx,y,z,n为UAV部署位置优化变量,若αx,y,z,n=1,表示Un的部署位置为三维网格中水平方向第x行第y列垂直方向第z行,其中步骤S3中,建模链路传输速率,具体包括:(1)令 为UEm与 关联进行数据传输对应的传输速率,建模为:2

其中,Pm为UEm的发射功率,σ为噪声功率, 为UEm与 之间的链路信道增益,建模为 ho表示单位距离的信道增益, 表示UEm与 之间的距离,λ表示信道传播衰落指数;

(2)令 表示 传输数据至 对应的链路传输速率,建模为:其中, 为 的发射功率, 为 与 之间的链路信道增益;

(3)令 表示 与 之间的链路传输速率,建模为: 其中, 为 的发射功率, 为 与 之间链路信道增益;

(4)令 表示为MUl接入EUi进行数据传输时的传输速率,建模为:mu

其中,Pl 为MUl的发射功率, 为MUl与EUi之间链路增益;

步骤S4中,建模链路传输时延,具体包括:(1)令 表示UEm传输数据至 对应时延,建模为 Sm表示UEm拟传输数据量;

(2)令 表示 传输UEm的数据至 对应时延,建模为(3)令 表示 传输UEm的数据至 对应的时延,建模为eu

步骤S5中,建模EU和速率,具体包括:令R 表示EU的和速率,建模为: 其中,为EUi的传输速率,建模为ru

步骤S6中,建模RU时延和,具体包括:令D 表示RU的时延和,建模为 其中,表示RUj用户传输数据至核心网的时延,建模为:mu

步骤S7中,建模MU能耗和,具体包括:令E 为MU能耗和,建模为: 其中,表示MUl传输数据至EU的能耗,建模为: 其中, 为MUl接入EUi进行数据传输时对应的能耗,建模为所述步骤S8具体包括:

(1)建模用户‑信道关联限制条件,包括:①MUl的信道关联限制条件为:

②UEm的信道关联限制条件为:

③UAV的信道关联限制条件为:

(2)建模无人机部署限制条件,包括:①

(3)建模资源分配限制条件,包括:①UEm的传输速率限制条件为 其中,Rm, 分别为UEm的传输速率及最小传输速率门限,1≤m≤M;

②UEm的发送功率限制条件为 其中, 为UEm的最大发送功率门限;

③Un的发送功率限制条件为 其中, 为Un的最大发送功率门限;

步骤S9具体包括:在满足用户信道关联、无人机部署及资源分配限制条件下,以EU和速率最大化、MU总能耗及RU端到端时延总和最小化为目标建模多目标优化问题,并基于多目标优化方法确定无人机部署、用户关联及资源分配策略如下:其中,

分别表示优化后的αx,y,z,n,