【摘要】：在沒有基礎(chǔ)設(shè)施覆蓋的地區(qū),無人機(jī)(Unmanned Air Vehicles,UAVs)以其成本低、連接靈活等優(yōu)點(diǎn),在無線通信方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。本文研究了一種新型的無人機(jī)中繼系統(tǒng),可以獲得高移動(dòng)性和高性能的特征。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,提出了兩種潛在的中繼系統(tǒng),分別是全雙工單向中繼(Full-Duplex One-Way Relaying,FD-OWR)系統(tǒng)和全雙工雙向中繼(Full-Duplex Two-Way Relaying,FD-TWR)系統(tǒng),目的是通過采用頻譜效率的基于軌跡優(yōu)化的放大轉(zhuǎn)發(fā)(Amplify-and-Forward,AF)中繼或解碼轉(zhuǎn)發(fā)(Decode-and-Forward,DF)中繼來最大限度地提高通信的吞吐量。將不同的時(shí)隙分配給上行鏈路和下行鏈路,實(shí)現(xiàn)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的全雙工通信。文中還對(duì)兩個(gè)通信系統(tǒng)的吞吐量進(jìn)行了詳細(xì)的性能比較。其次,在給定功率分配的情況下,采用連續(xù)凸優(yōu)化算法得到了無人機(jī)的最優(yōu)軌跡,結(jié)果表明,優(yōu)化后的軌跡是一條曲線軌跡,無人機(jī)首先向源節(jié)點(diǎn)移動(dòng),然后向目的節(jié)點(diǎn)移動(dòng),最后到達(dá)最終位置。對(duì)于固定無人機(jī)軌跡,采用注水算法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)功率分配,結(jié)果表明,FD-TWR系統(tǒng)的吞吐量約為FD-OWR系統(tǒng)的兩倍,與傳統(tǒng)的靜態(tài)中繼相比,所提出的兩種模型均能獲得顯著的吞吐量增益。在此基礎(chǔ)上,提出了一種交替迭代算法來求解優(yōu)化問題的聯(lián)合最優(yōu)解,提出了一個(gè)聯(lián)合優(yōu)化問題,通過聯(lián)合優(yōu)化無人機(jī)軌跡和源/中繼傳輸功率,使通信系統(tǒng)的吞吐量最大化。在實(shí)際情況下,該問題受初始/最終位置、最大速度、最大功率和各節(jié)點(diǎn)信息因果關(guān)系的約束。數(shù)值結(jié)果表明,通過聯(lián)合優(yōu)化軌跡和功率,所提出的兩種無人機(jī)全雙工中繼模型能夠比傳統(tǒng)的靜態(tài)中繼獲得顯著的吞吐量增益。而且,與固定中繼軌跡相比,無人機(jī)在較短的軌跡范圍內(nèi)可以獲得顯著的吞吐量增益。最后,研究了固定圓形軌跡半徑優(yōu)化功率分配的吞吐量對(duì)比分析,結(jié)果表明,對(duì)于圓形軌跡,FD-TWR系統(tǒng)的吞吐量約為FD-OWR系統(tǒng)的兩倍,二者的吞吐量增益均比靜態(tài)中繼好得多,卻略低于直線軌跡的吞吐量。吞吐量在飛行初期與靜態(tài)中繼基本一致,何時(shí)開始增長(zhǎng)與無人機(jī)飛行速度有關(guān)。進(jìn)一步討論了圓形軌跡下使吞吐量最優(yōu)的無人機(jī)半徑與源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間距離的關(guān)系,結(jié)果表明,源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間距離與最優(yōu)的無人機(jī)半徑呈線性關(guān)系且最優(yōu)半徑始終不大于源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間距離的二分之一。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V19;TN925

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本文編號(hào)：2792732