无人机无线通信中的资源与干扰管理

来源 :西安电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:c543217896chenjia
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
无人机(UAVs)己成为无线网络的重要组成部分,同时也是5G和未来无线物联网的关键推动因素。UAV作为空中基站,在覆盖范围、连接性和频谱方面提高蜂窝网络性能。无人机机载基站可提供高质量的网络连接并扩展无线蜂窝网络的覆盖范围。此外,UAV可以作为蜂窝网络内的飞行移动终端,支持实时视频流以及物品的递送等多种应用。然而,在UAVs无线通信网络体系的设计和部署中仍然存在许多具有挑战性的问题,如能量和干扰管理。博弈论利用无线网络中节点的理性行为、动态的环境以及节点的偏好,是分析和建模无人机辅助网络的有效工具。因此,本文试图利用博弈论技术解决无人机无线通信网络的资源和干扰管理问题。首先,使用纳什议价博弈研究并优化两架合作无人机作为空中基站的能效。其次,采用先进的平均场博弈(MFG)研究了密集无人机机载基站中的干扰和能量约束问题。第三,利用MFG解决了大规模蜂窝连接无人机对地面基站造成干扰的问题。具体来说,本文的主要贡献如下:1.为确保UAVs机载基站的高可用性,性能可接受性和经济可行性,能量消耗的优化是重中之重。提出纳什议价博弈论方法,用于无人机辅助网络中的能效优化。针对无人机基站的自适应信标周期调度问题,提出一种基于纳什议价博弈的自适应信标周期调度算法,该算法提供了最优化信标周期,从而优化了系统的能耗。通过大量的仿真验证了该方法的有效性。数值计算结果表明,该方法在节能方面优于非协作信标策略以及静态信标策略。2.UAVs可以作为蜂窝网络内的飞行移动终端来运行,以实现从实时视频流到物品递送等多种应用。无人机能够在用户使用是建立与蜂窝基站的视距连接,这带来了益处的同时也引入了新的问题。虽然它可以实现UAVs的高速数据访问,但也导致UAV与地面网络之间大量的小区间干扰。本文研究了蜂窝网连接的UAV网络中上行链路干扰管理的分布式功率控制问题,采用随机动态博弈对问题建模,其中每个UAV旨在最大化能量效率并最小化对地面网络造成的干扰。每架无人机对地面基站通信的特征由可用传输能量和其演变由某些动态控制的个体干扰状态给出的状态。利用MFG近似建模此随机博弈。结果表明,所提方法可以在能量效率和平衡干扰方面获得更好的性能。3.无人机接入网络(AANs)可根据用户位置动态调整其位置,以最大化其覆盖范围并提高服务质量。然而,AANs的动态定位受到机载能量和无人机间干扰的约束,特别是在无人机密集部署的情况下,此问题尤为严重。寻找AANs的最佳速度和位置以向用户提供足够的信号强度的同时降低能耗且最小化干扰仍然是主要挑战。因此,我们提出了一种用于密集AANs的分布式联合功率和速度控制方法。所提出的分布式控制方法考虑两种状态,即AANs的位置和剩余电池能量。该问题被制定为差分博弈,并将其推广到密集网络扩的平均场博弈。利用平均场博弈近似方法,推导了 AANs对地面用户的干扰。结合无人机对地下行通信性能、发射功率和速度的特点,设计了效用函数。在此基础上,基于Lax-Friedrichs方法和Lagrange松弛法的有限差分算法来求解相应的平均场博弈。算法结果说明了ANNs在预定时间段内的最佳功率和速度控制以及相应的平均场分布。此外,数值结果证明了所提算法的有效性。
其他文献
人类社会发展史表明,每一次依人类智慧和文明的进步而发生的科学技术革命,都在不同程度上推动人的存在方式变化与人类社会发展。进入二十一世纪后,以人工智能、大数据、云计算、区块链和新一代通信网络信息技术为代表的新技术革命的融合和发展,推动人类社会进入了一个被称为“工业4.0”的第四次工业革命时期,我们正处于这一历史阶段。“现实”就是人与人类的当下的存在,就是我们的本质在当下的显现。从科学技术革命对于人类
近年来,随着电子设备功能和性能的不断提升,电子设备的体积越来越小,装配的元器件数量越来越多,器件运行功率越来越大,导致热流密度和安装密度急速攀升。因此,对电子设备的热控制能力提出了越来越高的要求。微通道换热以其结构紧凑、换热效率高、工程实现性好等诸多优点,作为一种高效的换热形式被海内外研究者们广泛关注。微通道换热结构形式多样不胜枚举,以蛇形微通道换热结构和带有翅片的微通道换热结构散热效果最理想。本
逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)成像技术凭借其全天时、全天候以及高分辨的独特优势,在军事和民事领域都扮演着重要的角色。ISAR通过对空间、空中和海洋目标进行高分辨成像,为非合作目标的分类和识别提供了有力的技术支撑。为了满足越来越丰富的应用需求,ISAR正朝着多功能、多维度和精细化的方向发展。工作模式和系统结构的多样化,以及目标运动的复杂化
汽车数量的迅速增加导致全球能源消耗和温室气体排放量不断增大,如何减少能源消耗和碳排放量成为汽车工业面临的一个重要挑战。诸多学者正致力于研究的以减小车辆能耗为目的的新技术主要专注于对车辆本身的改进和控制,而把道路坡度作为影响车辆能耗的外部因素。不同于现存的许多方法,本文从优化道路坡度的角度研究降低车辆能源消耗的方法和技术。本论文主要贡献如下:本文提出了在车辆按照既定速度曲线行驶的条件下减少其总能耗的
人脸表情识别技术是一个涉及到心理学、生物学、计算机学等等多门学科的交叉产物,由于人脸表情识别研究具有极高的应用价值和研究意义,近十年来,一直是人工智能领域的一个研究热点。得益于硬件技术的提高和深度学习技术的发展,人脸表情识别研究对象已经从实验室控制表情样本转移到了自然场景表情图像,同时也促进了人脸表情识别相关应用市场的蓬勃发展。反过来讲,迅猛发展的应用市场又对人脸表情识别研究提出了更高的要求,例如
利用机器可读的人类知识来赋予计算机权力一直是人工智能的长期目标。通过知识收集的进步,这一目标取得了巨大进展。在过去几十年中,自动知识库构建引起研究团体的广泛关注,并在以实体为中心查询应答方面取得重大进展。知识图谱因存储有关常见实体的事实,自然成为语义搜索核心。如今,公开可用的知识图提供数百万个实体(例如人,组织,位置以及诸如书籍,音乐等创意作品)以及数十亿个有关实体的陈述(例如谁在哪里学习,哪个国
海量视频图像下的高性能视频目标跟踪技术已广泛应用于安防监控、自动驾驶、人机交互以及精确制导等民用和军事领域,是当前计算机视觉和人工智能领域的研究重点。理想的视频目标跟踪系统应当具备精准捕获和长时稳定跟踪目标的能力。然而,受复杂背景和高动态场景变化的影响,跟踪性能往往具有较大的局限性。跟踪中,如何更好地建模感兴趣目标,增强其表征能力,并准确估计其位置是亟需解决的关键问题,具有重要的理论和实际意义。早
氮化镓材料相对于传统半导体材料具有高击穿场强、高电子迁移率和饱和速度,高温和辐照下高可靠性等显著优势,在电力电子和射频微波电子器件领域展示出巨大的潜力。然而,在常规的横向结构电子器件中,电流崩塌和自热效应等是制约着器件发展的重要问题。在此背景下,纵向结构GaN电力电子器件成为了突破障碍的新方向,其具有功率密度高,可靠性高,热分布均匀等优点。而基于异质衬底的准垂直结构电子器件由于衬底成本低,兼具性能
机器间(Machine-to-Machine,M2M)通信是指在没有人为干预的条件下,机器与机器之间通过通信网络自主地进行数据传输。作为第五代(Fifth Generation,5G)移动通信实现万物互联的主要连接方式,它被逐步地应用到智慧交通、智能家居、电子医疗、远程监控等物联网行业,这使得机器类型通信(Machine Type Communication,MTC)设备的连接需求与日俱增。当大量
海杂波特性研究在雷达探测、海面目标检测及微波遥感等领域具有重要意义。本文主要基于海洋环境参数和深度学习模型研究不同海域的海杂波特性,建立了海洋环境参数与海杂波特性之间的关联模型,并分析了不同海域影响海杂波特性的海洋环境参数因子,为不同海域目标探测、不同波段雷达参数选择及性能提升提供数据和理论支持。本文的主要研究内容及成果特色概括如下:1.本文首先基于欧洲中尺度天气预报中心提供的大量海洋环境参数数据