毫米波通信定位一体化自组网资源分配技术

毫米波通信链路具有低延迟、高速率和高定向性的特点,能够实现高速率自组网通信和高精度节点定位。在通信定位一体化背景下,研究了毫米波自组网中的多用户资源分配问题。系统采用基于正交频分多址(OFDMA)的多用户通信定位一体化框架,推导了基于位置估计误差界(PEB)和方位估计误差界(OEB)的多用户定位性能准则和基于数据速率的通信准则,建立了时域和频域的资源分配优化问题模型,在保障链路通信速率的前提下,最优化用户的定位性能指标。为了求解上述混合整数非线性规划问题,引入广义Benders分解算法,将优化问题分解为主问题和子问题进行迭代求解,得到有效的资源分配结果,最后通过仿真验证了资源分配对定位与通信性能的影响以及算法的有效性。     

星间链路数量受限的导航卫星网络链路分配问题

对星间链路数量非常有限、需要同时满足星间测距和星间通信需求的导航卫星网络的链路分配问题进行了研究。首先,分析了导航卫星网络的特点,并设计了一种基于有限状态自动机(FSA)的拓扑处理机制。然后,将星间测距需求作为一个约束,以星间通信的延时性能为优化目标,将导航卫星网络的链路分配问题建模为一个多目标优化问题。最后,针对建立的多目标优化问题,分别提出一种基于首次改善(FI)的本地搜索算法和基于模拟退火(SA)的启发式优化算法以对链路分配问题进行求解,并提出一种基于分支交换策略的新链路分配生成方法。仿真结果表明,通过FI算法和SA算法获得的优化链路分配的网络延时性能均得到了改进,且SA算法的性能要优于FI算法;同时,FSA的状态持续时间的减小有利于获得网络延时性能好的链路分配。     

一种基于多无人机的中继节点布置问题建模与优化方法

针对战场环境下急需在无法通信的节点间构建有效通信链路的情形,使用多无人机作为中继节点,建立了中继节点布置(RNP)问题模型。模型以中继链路有效和无人机安全为约束,以中继布置点位置及相应的无人机为输出,不但考虑了使用的中继无人机数量,还考虑了构建中继链路花费的时间。考虑到该问题是难以求解的混合整数多目标优化问题,同时在紧急应用情形下,要求求解算法快速有效,建立了一种多项式时间中继节点布置算法(PTRPA)。仿真实验验证了所提模型确实能够在更短的时间内完成有效中继链路构建;通过Monte-Carlo方法对比和分析不同因素对PTRPA算法、随机抽样算法、遗传算法求解该问题的结果性能和时间性能的影响,验证了PTRPA算法不但能够给出接近最优的解,且快速有效,满足战场决策需求。     

基于遗传算法的无人机自组网吞吐量优化方法

在一些紧急情况下,无人机自组网可以为特定地域提供通信服务。无人机自组网中的每架无人机相当于一个路由器,通过无线链路形成一个网络,以实现中继通信的目的。吞吐量是一个重要的网络性能指标,无人机节点的位置对其有一定影响。首先从无人机位置和终端选择两个方面分析了无人机自组网吞吐量的影响因素;其次,建立了无人机自组网吞吐量优化的数学模型;再次,提出了一种基于遗传算法的无人机位置优化算法,使无人机网络的吞吐量最大化;最后,使用Matlab从性能、位置约束半径（PCR）的影响和粒度半径（PSR）的影响三个方面对该算法进行了仿真。结果表明,通过控制无人机位置,吞吐量可以达到预期目标,优化速度与PCR和PSR有关。     

支持差异化服务的航空信息网络切片策略

针对航空集群各作战任务对网络性能需求的差异，研究了灵活耦合任务需求的航空信息网络切片问题。按照任务特性定义网络切片类型及性能特征，以任务资源需求为约束构建切片性能最优化整数规划模型，将网络切片构建问题分解为平台资源聚类和链路资源聚类2个步骤，提出了基于粒子群的平台资源聚类算法和基于感知节点的链路资源聚类算法。平台资源聚类阶段通过基于聚类因子排序的粒子群聚类算法进行迭代求解；链路资源聚类阶段，以各网络切片性能和链路负载率为优化目标，在平台资源聚类的基础上完成链路资源聚类。研究结果表明：所提算法构建的航空信息网络切片可满足不同任务对平台资源以及网络传输能力的需求，平台资源利用率和链路负载率显著改善。     

功率约束下低相关旁瓣的通导一体化波形研究

通信导航一体化是未来无线系统的发展趋势,可以更加充分地利用频谱资源。设计了一种新的一体化波形,在实现通信符号传递的同时,利用其进行时延测距进而实现相应的定位导航功能。一种联合的优化目标函数被提出,其中以星座图上的范数误差衡量通信性能,以自相关函数的加权积分旁瓣电平衡量波形的定时性能。结合一体化系统的实际,在问题求解时同时考虑了波形总功率约束和波形恒模约束,并采用变量交替迭代优化的算法进行迭代求解。最后利用数值仿真验证了算法的有效性。     

航空自组网退避算法研究

退避算法是一种用于多用户共享无线网络信息传输冲突的解决策略,是航空自组网研究的重要方面。退避算法能有效减小多用户节点间的碰撞概率,提高节点接入信道的公平性,改善系统性能。本文对航空自组网的MAC层退避算法进行研究,并介绍了航空自组网的MAC层协议,研究了两种常用的退避算法在航空自组网模型下的退避性能。仿真结果表明:当信道忙闲程度一定时,随着请求接入用户数的增多,二进制退避算法和P-坚持算法的平均传输次数递增,但二进制退避算法的性能明显优于P-坚持算法。     

无人机自组网络多媒体数据传输路由算法研究

针对无人机自组网络多媒体数据传输中链路不稳定问题,提出了一种无人机自组网络多媒体数据传输路由算法。该算法在GPSR路由算法基础上,结合无人机多媒体通信的特点,充分考虑了位置、速度、运动方向这三个因素对选择下一跳节点的影响,从而达到同时兼顾三者和提高链路性能的目的。提出的算法具有开销小、可靠性高等优点,有效提高了分组交付率以及降低了平均端到端延迟,从而提高了无人机自组网络多媒体数据传输的性能。     

功率约束下低相关旁瓣的通导一体化波形研究

通信导航一体化是未来无线系统的发展趋势，可以更加充分地利用频谱资源。设计了一种新的一体化波形，在实现通信符号传递的同时，利用其进行时延测距进而实现相应的定位导航功能。一种联合的优化目标函数被提出，其中以星座图上的范数误差衡量通信性能，以自相关函数的加权积分旁瓣电平衡量波形的定时性能。结合一体化系统的实际，在问题求解时同时考虑了波形总功率约束和波形恒模约束，并采用变量交替迭代优化的算法进行迭代求解。最后利用数值仿真验证了算法的有效性。     

空时分组编码的无人机中继通信航迹规划方法

无人机(UAV)中继通信是实现远距离点对点无线通信的一种重要技术手段。为提高无人机中继通信系统链路传输的可靠性,提出基于空时分组编码的无人机放大转发中继通信传输方案,并基于双跳链路遍历容量最大化的准则给出了无人机最佳航迹规划方法,并进一步利用FM-EM算法给出了基于空时分组编码无人机中继通信系统的中断概率及遍历信道容量计算公式。计算机仿真表明:提出的方法显著优于传统的单发单收(SISO)无人机中继通信系统。     

Ergodic sum rate for uplink NOMA transmission in satellite-aerial-ground integrated networks

The application of Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) technology into satellite-aerial-ground integrated networks can meet the requirements of ultra-high rate and massive connectivity for the Sixth-Generation (6G) communication systems. We consider an uplink NOMA scenario for such a satellite-aerial-ground integrated network where multiple users communicate with satellite under the help of an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) as an aerial relay equipped with a phased array. Supposing that buffer-aided decode-and-forward protocol is adopted at the UAV relay, we first formulate an optimization problem to maximize Ergodic Sum Rate (ESR) of the considered system subject to individual power constraint and quality-of-service constraint of each user. Then, with known imperfect channel state information of each user, we propose a joint power allocation and robust Beam Forming (BF) iterative algorithm to maximize ESR for the user-to-UAV link. Besides, to take the advantages of Free-Space Optical (FSO) and millimeter Wave (mmWave) communications, we present a switch-based hybrid FSO/mmWave scheme and a robust BF algorithm for the UAV-to-satellite link to achieve higher rate. Moreover, a closed-form ESR expression is derived. Finally, the effectiveness and correctness of the proposed solutions are verified by numerical simulations, and the performance evaluation results show that the proposed solutions not only achieve performance enhancement and robustness, but also outperform the orthogonal multiple access significantly.     

民用飞机航电数据网络带宽资源分配优化设计

民用飞机航电数据网络在设计过程中,通过对带宽资源的合理分配,来满足网络成员系统的数据传输需求。而在设计过程中,存在因网络带宽需求分布的非均匀性等因素造成的局部带宽资源不足的问题,因此需要在初步带宽资源分配结果上进行局部优化设计。提出一种通过网络带宽资源使用率最高的链路和端系统进行识别,以及进行针对性物理链路连接关系调整,从而实现降低交换机之间链路带宽资源使用率的方法。通过网络仿真对该方法的优化效果进行了分析,发现这种方法能够降低网络局部链路的较高带宽资源使用率,单轮优化的有效降幅超过15%。该网络带宽资源分配优化设计方法,一方面能够有效解决因飞机网络局部带宽不足问题,降低由此导致的网络拥堵、排队、丢包等风险,确保网络确定性;另一方面还能尽量保持当前分配结果,减少设计优化变更对网络时延性能和网络布线方面的影响。     

通信约束下异构多无人机任务分配方法

针对异构多无人机协同执行侦察和打击任务中,存在通信距离、时间延迟等约束条件下的局部任务分配问题,提出了一种基于合同网的分布式多无人机任务分配方法。首先建立了异构集群发现新目标时的局部任务分配问题模型,设计了局部无人机通信网络中的信息一致性算法,实现了任务分配过程中任务发布阶段各无人机的冲突消解。设计了任务分配过程中的联盟构建和无人机资源管理方法,使联盟中各无人机能够以更加平衡的方式消耗资源。仿真结果表明,该方法能够解决通信约束下,异构多无人机执行察打任务时,所触发的针对目标打击任务的任务分配问题,且能够获得最大的系统效能。     

智能反射面定位发展现状及其在非视距定位中的应用

在未来的通信网络中，复杂的信道环境是制约定位性能的主要因素之一。智能反射面是近年提出的一种具有特殊电磁特性的人工二维表面，可以控制电磁波的吸收、反射与折射特性，从而实现对信道的调控，具有广阔的应用前景。首先介绍了该技术的发展现状，从智能反射面的电磁特性及其在通信定位中的应用等方面归纳分析了其现阶段的研究成果，然后针对非视距应用提出了一种基于智能反射面的定位方法。通过仿真验证了该方法的有效性，在不同的发射功率下均实现了定位误差降低50%以上，并且提高了定位鲁棒性，实现了对波束盲区的覆盖。最后，从新型定位场景、通信技术结合、资源分配和人工智能应用４个角度，对智能反射面定位技术的研究进行了展望。     

Mobility control of unmanned aerial vehicle as communication relay in airborne multi-user systems

In this paper, a model-based adaptive mobility control method for an Unmanned Aerial Vehicle(UAV) acting as a communication relay is presented, which is intended to improve the network performance in airborne multi-user systems. The mobility control problem is addressed by jointly considering unknown Radio Frequency(RF) channel parameters, unknown multi-user mobility, and non-available Angle of Arrival(AoA) information of the received signal. A Kalman filter and a least-square-based estimation algorithm are used to predict the future user positions and estimate the RF channel parameters between the users and the UAV, respectively. Two different relay application cases are considered: end-to-end and multi-user communications. A line search algorithm is proposed for the former, with its stability given and proven, whereas a simplified gradient-based algorithm is proposed for the latter to provide a target relay position at each decision time step, decreasing the two-dimensional search to a one-dimensional search. Simulation results show that the proposed mobility control algorithms can drive the UAV to reach or track the optimal relay position movement, as well as improving network performance. The proposed method reflects the properties of using different metrics as objective network performance functions.     

Optimal trajectory and downlink power control for multi-type UAV aerial base stations

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) enabled Aerial Base Stations (UABSs) have been studied widely in future communications. However, there are a series of challenges such as interference management, trajectory design and resource allocation in the scenarios of multi-UAV networks. Besides, different performances among UABSs increase complexity and bring many challenges. In this paper, the joint downlink transmission power control and trajectory design problem in multi-type UABSs communication network is investigated. In order to satisfy the signal to interference plus noise power ratio of users, each UABS needs to adjust its position and transmission power. Based on the interactions among multiple communication links, a non-cooperative Mean-Field-Type Game (MFTG) is proposed to model the joint optimization problem. Then, a Nash equilibrium solution is solved by two steps: first, the users in the given area are clustered to get the initial deployment of the UABSs; second, the Mean-Field Q (MFQ)-learning algorithm is proposed to solve the discrete MFTG problem. Finally, the effectiveness of the approach is verified through the simulations, which simplifies the solution process and effectively reduces the energy consumption of each UABS.     

通信导航融合定位技术发展综述

详细分析了蓝牙、Wi-Fi、超宽带、移动通信网络等多种无线网络通信导航融合定位技术的发展现状，并阐述了其面临的挑战，提出了多网融合方法可以提升室内无缝高精度位置服务的可靠性。利用5G移动通信网络，与北斗/GNSS卫星导航系统结合，可以实现相互增强。最后，从天地一体定位导航与授时体系和仿生通信定位导航两方面介绍了通信导航融合定位技术的未来发展趋势。     

通信导航融合定位技术发展综述

详细分析了蓝牙、Wi-Fi、超宽带、移动通信网络等多种无线网络通信导航融合定位技术的发展现状,并阐述了其面临的挑战,提出了多网融合方法可以提升室内无缝高精度位置服务的可靠性。利用5G移动通信网络,与北斗/GNSS卫星导航系统结合,可以实现相互增强。最后,从天地一体定位导航与授时体系和仿生通信定位导航两方面介绍了通信导航融合定位技术的未来发展趋势。