无人机中继通信的轨迹与资源分配优化方法

为提高地面用户的传输速率以及保证公平性,在基站覆盖不到的偏远地区可利用无人机进行辅助中继通信。首先将无人机的轨迹控制与频谱资源分配建模成一个混合整数非线性规划问题;然后基于块坐标下降法,将联合优化问题解耦成信道分配、发射功率和飞行轨迹三个子问题以降低复杂度;最后提出基于继承的子信道迭代分配算法求解信道分配子问题,采用凸优化和连续凸近似法分别求解功率优化及飞行轨迹优化子问题。仿真结果表明,所提算法在保证地面用户公平性的同时,具有比基准策略更高的最小平均速率。     

无人机中继协助的有限码长隐蔽通信

由于中长距离的无线隐蔽通信中信号发射功率较大,容易被监测者检测到,针对此问题该文提出无人机(UAV)中继协助的有限码长隐蔽传输方案。首先,根据无人机通信的信道模型,推导从发射机经过无人机中继到合法接收机的信噪比(SNR),得到隐蔽传输中断概率及吞吐量的表达式;然后,分析监测者的检测性能, 即KL(Kullback-Leibler)散度,并将其作为隐蔽通信的约束条件;最后,在此约束的条件下,联合优化发射机和中继的发射功率以及无人机的飞行高度,从而最大化隐蔽通信的吞吐量。仿真结果验证了系统的隐蔽性能,并且通过与缺少无人机协助的传统方案对比,揭示所提出的无人机中继隐蔽传输方案可以有效地降低监测者的KL散度。     

多无人机辅助通信中用户匹配与频谱资源联合优化方法

针对多无人机作为空中基站为地面设备提供临时服务的动态频谱分配问题,主要考虑无人机与地面用户匹配、子信道分配和功率分配三个方面。为了保证用户通信的公平性,在考虑频谱复用和共信道干扰的情况下,以最大化地面用户最小传输速率为目标,提出了一种用户匹配与频谱资源联合优化算法来解决上述混合整数非线性优化问题,通过聚类算法优化无人机与地面用户的最佳匹配,通过块坐标下降法迭代优化子信道分配和功率分配。仿真实验分析表明,提出的求解方法可以有效提升用户的传输速率,保证用户通信公平性。     

面向无人机频谱侦察的频谱采样性能研究

在部分频谱侦察应用中,无人机集群的采样率必须保持一致。然而在采用无人机自组网(Flying Ad Hoc Network, FANET)作为频谱数据回传方案时,由于无人机间的带宽受限,因此频谱采样率存在上限,超过此上限将导致网络丢包,从而在控制中心观测到不一样的采样率。为了研究影响频谱最大采样率的因素,搭建了基于商用仿真平台EXata的仿真场景,评估了在不同网络场景下各潜在因素对频谱数据采集任务的影响,性能指标包括分组交付率、平均端到端时延和最大频谱采样率,总结出不同场景下的性能差异,以期增加对频谱侦察无人机集群在复杂环境下的性能理解,提高无人机在复杂环境下的效率和生存能力。     

面向感知任务的无人机数量编配与频谱资源联合规划方法

为了减少执行协同感知任务的无人机数量和消除通信干扰问题,考虑到无人机电池容量的限制,提出了一种无人机数量编配、目标关联和频谱资源分配的联合规划方法。该方法利用无人机数量、目标感知顺序和频谱资源的耦合关系,将其联合规划问题转化为能耗优化问题,并设计了遗传禁忌混合算法求解此混合整数非线性规划问题。该算法结合了遗传算法的大范围探索能力和禁忌搜索算法的精细搜索优势,具有更高的全局寻优能力。仿真结果表明,与其他启发式算法相比,所提算法完成相同感知任务需要的无人机最少,能耗也最少,具有更好的鲁棒性。

     

主动干扰辅助下的无人机隐蔽通信功率与位置联合优化

利用友好干扰节点发送人工噪声是无线隐蔽通信中一种常见实现方法,可以增加监听者做出判断的不确定性,从而实现隐蔽传输。为此,考虑在无人机隐蔽通信网络中,部署一个空中的友好干扰节点,发射人工噪声干扰地面监听者的检测。对无人机与地面用户之间实现无线隐蔽传输进行了研究,分析了其有效隐蔽性能,联合优化了2架无人机的发送功率和位置部署以最大化隐蔽传输速率,使用粒子群优化算法与功率位置交替迭代算法2种优化方法得到最优的无人机部署位置及功率分配方案。仿真结果表明,联合优化方案相比于固定位置只优化功率的基准方案可以显著地提高系统隐蔽传输性能,且交替迭代算法所得结果要优于粒子群优化算法。     

无人机交替中继通信及其轨迹优化和功率分配研究

为了提高无人机中继通信系统的频谱利用率,该文提出一种交替中继方法,通过两个无人机中继交替工作,轮流将信息从源端转发到目的端。研究联合优化无人机中继的飞行轨迹和各发射端的发射功率,协调两条中继链路的相互干扰,实现端到端的吞吐量最大化。涉及的优化问题受限于无人机的高度约束、机动约束、防碰撞约束以及各发射端的平均与峰值发射功率约束,是难以求得最优解的非凸优化问题。该文提出一种基于交替最大化和连续凸优化技术的高效迭代算法求解次优解,并用计算机仿真验证了所提算法的有效性。     

面向频谱测绘任务的多无人机协同航迹规划方法

针对非合作环境下的传统频谱地图测绘方法中存在的低精度、低效率问题,本文提出了一种基于人工势场法的多无人机协同航迹规划方法。首先,构建了多无人机协同测绘方案及优化目标;然后,通过多无人机的预先航迹规划完成对环境的初步感知,并基于感知信息提出基于人工势场法的多无人机协同航迹参数设计方法;之后,基于设计的参数及采集的数据完成航迹的再规划,从而有效规避多无人机飞行过程中可能存在的重复采集数据及无人机之间发生碰撞等问题。仿真结果表明,相比与传统单无人机航迹规划方法,本文所提航迹规划方法能够高效、高精度、安全地完成测绘任务,所得结果满足了多架无人机协同飞行要求,具有较强的理论与实用价值。      

超密集网络中基于BCD的联合频谱资源优化方法

针对超密集网络(ultra dense network, UDN)中基站密集部署导致的严重层间干扰问题,构建了考虑频谱复用和共信道干扰条件下最大化系统总吞吐量问题模型,提出了一种基于块坐标下降(block coordinate descent, BCD)法的联合频谱资源优化(joint resource optimization based on BCD, JROBB)方法。该方法将原问题分解为分簇、子信道分配和功率分配三个子问题,通过BCD法迭代优化子信道分配和功率分配,逼近原问题的最优解。仿真分析表明,在复杂度提升有限的情况下,系统总吞吐量比现有典型算法平均至少提升22%,可以有效提升频谱利用率。     

灾后应急通信网络下的中继选择与轨迹优化研究

近年来,无人机(UAVs)凭借其机动灵活的特点,广泛应用于灾后救援工作。针对灾后应急通信网络下勘察无人机执行任务的场景,为了延长应急通信网络的整体续航时间,该文考虑了中继无人机的可用通信能量以及勘察无人机的最大飞行速度和实时通信质量,通过联合优化中继选择和飞行轨迹来实现系统的能量效率最大化。对于所涉及的非确定性多项式难度(NP-hard)优化问题,该文提出一种基于连续凸近似和禁忌搜索的交替迭代算法,将原问题拆成两个子问题交替求解,得到优化问题的近似最优解。仿真结果表明,该文所提算法具有较好的收敛性,可以有效提高系统的能量效率,相比于只优化中继和只优化轨迹的基准方案,能够提升31.1%和28.2%的性能。     

基于干扰辅助下的多监听器COMP联合监听技术

在无线通信领域,COMP联合通信因其能够显著增强信号质量被广泛运用。考虑利用COMP技术提升物理层信息监听性能,文中采取多个合法监听器对多个正交的可疑通信对进行联合监听,并进一步利用无人机对这些可疑通信对实施干扰,旨在联合优化无人机的位置以及干扰功率分配,以最大化多个可疑通信对的最小监听成功概率。文中使用蒙特卡罗法验证了COMP信噪比的累积分布函数（CDF）近似值和精确值,鉴于提出的优化问题高度非凸,采用连续凸近似和块坐标下降算法对无人机的位置和干扰功率分配进行交替优化,以获取局部最优解。仿真结果表明,相较于其他方案,所提出的方案能够显著提升系统最小监听成功概率。     

基于Google Earth的无人机中继布局优化软件

建立了一个无人机作为中继的通信网络系统,并通过对中继链路和高空中继覆盖区域进行几何建模,推导获得了无人机在一定飞行高度的信号覆盖区域。在此基础上,基于Google Earth和Visual C++6.0软件平台,开发了一套无人机中继系统可视化网络优化软件。测试结果表明,该软件操作简便且运行稳定,能够实现无人机的静态最优布置与动态飞行路径规划,对于解决网络节点高速和大范围移动导致的网络中断问题,具有重要的工程应用价值。     

基于物理层网络编码的无人机中继网络资源优化

为了解决以无人机作为中继的传统双向通信网资源利用率低的问题,提出了一种基于物理层网络编码的资源优化算法.考虑无人机中继通信网的传输功率约束、无人机最大速度约束和物理层网络编码的同步性需求,建立了联合优化传输功率和无人机轨迹设计的资源分配模型以达到最小化系统中断概率的目的.通过将原非凸问题解耦为2个子问题,并基于KKT条...     

基于内容感知的无人机轨迹规划和资源分配联合优化方法

针对未来网络中激增的数据流量以及用户多样化的业务需求,利用无人机来辅助蜂窝网络为用户提供更好的服务。该文提出了基于内容感知的无人机轨迹规划和资源分配联合优化方法,在无人机上缓存热点内容,在满足用户内容需求的条件下,联合优化用户接入以及无人机飞行轨迹来最大化最小用户平均服务速率。由于所建立的优化问题具有非凸性,该文提出了一种块坐标下降的方法将原问题分解为两个子问题,并利用连续凸优化方法对问题进行求解。仿真结果表明,所提方法能够有效提升最小用户平均服务速率,提升网络深度覆盖水平。     

面向大规模物联网的无人机通信感知一体化能效优化算法

针对大规模物联网场景下无人机通信感知一体化系统存在的重复感知和能量受限等问题,提出了一种基于聚类算法的能效优化方案。该方案在满足无人机的移动性和感知能力约束下,通过联合设计无人机的三维轨迹和发射功率来最大化系统能效。由于该问题是非凸的,首先将其解耦为两个子问题,然后利用模拟退火算法和标准凸优化技术来求解无人机的悬停位置和飞行速度以获取最优轨迹,最后根据最优轨迹推导发射功率的闭合表达式,求得每个悬停位置的最优发射功率。与传统的二维和三维方案相比,所提基于聚类的能效优化方案在收敛速度提高4倍的基础上能提升20%~30%系统能效。     

全双工辅助的无人机上行通信抗窃听物理层安全技术研究

针对无人机上行通信链路的窃听攻击,提出一种全双工协同干扰的安全传输策略。方案利用收发双方在数据传输不同阶段的信息差异以及掌握的先验信息特征,向待传输信号注入人工噪声信号,从而使窃听链路形成干扰受限系统。在发射功率、无人机的机动性等约束条件下,建立最大化系统保密速率的联合优化问题,基于交替优化方法和连续凸近似技术将非凸问题转化为两个子问题,并设计了一种迭代优化算法进行求解。仿真结果表明,所提安全传输方案与其他参照方案相比,能够显著提高全双工无人机中继通信系统的保密速率,表现出更好的性能。     

基于频谱资源缓解的无线网络选频优化方案

针对频谱资源日益紧缺的无线网络选频难题,进行了详细的电磁兼容性分析,确立了选频的原则依据,建立了选频的理论模型,提炼了一种基于改进的、从全局角度考虑优化的选频优化方案.仿真验证与结果分析表明,相比传统的算法方案,新算法方案尤在应对大规模的网络选频时,精度与效率更高,且其稳定性明显增强.     

无人机辅助通信中基于用户轨迹的无线资源和航迹优化

近年来,将无人机应用在无线通信网络中来提高系统性能的研究越来越普遍。针对无人机辅助移动用户通信的下行无线传输系统,提出了一种基于用户轨迹的无人机辅助通信系统无线资源分配和航迹优化方法。根据已知的用户运动轨迹提前获取估计的大尺度信道状态信息,以最大化用户的最小平均速率为目标,建立了一个联合优化无人机通信带宽分配和飞行航迹优化的问题。该问题是一个非凸优化问题,要优化的变量之间存在非线性耦合,通过引入辅助变量和分离变量交替优化的方法,将原问题分解为2个可以求解的近似凸优化子问题,并利用连续凸逼近方法对2个子问题交替迭代优化,得到原非凸问题一个近似次优解。仿真结果表明,所提方法能够有效提高用户的平均数据吞吐量,在保证所有用户的通信质量的前提下提高无人机辅助通信的效率。     

一种基于公平性的无人机基站通信智能资源调度方法

空天地一体化网络是未来6G的关键内容。结合高精度波束赋形,无人机(UAV)的视距链路(LoS)可很好地作为空天地一体化网络的补充,但地面用户与基站间的相对运动极易造成信道容量失衡。提出一种噪声深度确定性策略梯度(Noisy-DDPG)方法。该方法以最大化通信公平性和系统容量为目标,利用DDPG优化分配方案,通过调整奖励函数策略参数来实现公平性和信道容量的平衡;通过在策略网络中利用可学习参数噪声进行扰动,得到更合理的分配方案。仿真实验验证了该算法的有效性。     

面向组网雷达干扰任务的多干扰机资源联合优化分配方法

针对多目标突防组网雷达系统(NRS)场景,该文提出一种面向组网雷达干扰任务的多干扰机资源联合优化分配方法.首先,采用组网雷达在干扰环境中对目标的检测概率作为干扰性能指标;然后,结合不同突防目标的检测性能需求,建立了包含干扰波束和发射功率2个优化变量的资源优化模型,并利用粒子群算法对资源优化问题进行求解;最后,考虑到组网...