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申请/专利权人：西安电子科技大学

摘要：本发明公开了空地无线网络接入回传一体化系统的容量覆盖增强方法，涉及无线通信技术领域，具体包括以下步骤，建立空地无线网络接入回传一体化系统；地面用户发起建立连接请求，地面基站指示地面用户对基站进行信号测量，地面用户将检测到的信号测量结果上报给地面基站；地面基站计算地面用户到特定基站的SINR，比较SINR得到最大的SINR链路，地面用户关联到最大的SINR链路的基站；计算空中基站和地面基站的下行发射功率；地面基站根据信道信息利用粒子群算法计算得出空中基站的最佳部署位置。本发明联合优化了地面用户关联、基站发射功率和空中基站部署，增加了系统的容量覆盖。

主权项：1.空地无线网络接入回传一体化系统的容量覆盖增强方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立空地无线网络接入回传一体化系统，包括地面基站、空中基站和地面用户，地面用户和空中基站的位置在指定范围内随机分布；在步骤1的空地无线网络接入回传一体化系统中，地面基站，搭载有基站模块和中央控制处理器，地面基站负责整个场景的数据收集处理，并作为核心网通信的节点，通过大规模光纤与核心网进行数据传输，同时搭载多天线系统，负责将核心网数据分发给下属的空中基站或者地面用户，并收集空中基站和地面用户的移动数据进行汇总；中央控制处理器掌握所有信道信息，并执行资源分配策略；地面基站和空中基站提供到地面用户的接入链路，任意地面用户与地面基站或者空中基站均能通信连接；步骤2：地面用户驻留在地面基站覆盖区域，与地面基站保持控制面连接，地面用户发起建立连接请求，地面基站指示地面用户对基站进行信号测量，地面用户将检测到的信号测量结果上报给地面基站；步骤3：地面基站计算地面用户到特定基站的SINR，比较SINR得到最大的SINR链路，地面用户关联到具有最大SINR链路的基站，即地面用户关联到空中基站，或者地面用户关联到地面基站；所述步骤3中地面用户到特定基站的SINR的具体步骤为：步骤31，建模地面用户关联变量；具体的，系统中存在个空中基站和个地面用户，将空中基站和地面用户的集合分别表示为和，基站的集合表示为，中的索引0表示该系统中唯一的地面基站，则地面基站、空中基站和地面用户之间的关联表示为，其中表示由服务，否则；步骤32，建模各个信道模型，并计算地面用户接收到的SINR；从地面基站到地面用户的MISO下行链路功率增益向量是： 式中，表示从地面基站到地面用户的距离处的参考信道功率增益，表示相应的路径损耗指数，遵循瑞利衰落，是从地面基站到地面用户的距离；设和分别表示从地面基站到和空中基站到地面用户的信道增益，表示空中基站对地面用距离处的参考信道功率增益，表示相应的路径损耗指数，地面基站到信道增益公式为：，从空中基站到地面用户信道增益公式为：，从空中基站到空中基站的信道增益公式为： 其中，表示接入链路和回程链路之间的自干扰消除因子，表示距空距离处的参考信道功率增益，表示相应的路径损耗指数； 表示地面基站服务的地面用户的集合，，其中，地面基站中的ZF预编码向量用表示，其中是地面基站、空中基站和地面基站服务的地面用户之间的满秩信道矩阵，由于高和速率增益，使用等发射功率归一化对的ZF预编码向量进行归一化；具体来说， ，其中是的第列，因此，公式成立，它表明的如果则不会干扰， 处的接收信号由以下公式给出： 上式中第一项是发射信号，第二项和第三项分别是和空中基站中其他接收机的干扰，和表示从地面基站到的功率分配和传输的数据符号，类似地，和表示从到的功率分配和传输的数据符号，和分别表示与相关联的地面用户集和接收到的零均值加性高斯白噪声（AWGN），方差在处，上式中的第二项等于零；所以，处的信干噪比SINR由下式给出： 地面基站和空中基站在下行链路采用NOMA的方式，地面用户采用SIC技术，减少中用户的相互干扰，在NOMA系统下行链路中，SIC解码器按照地面用户信道功率增益的升序依次解码地面用户信号，当地面用户的信息被成功解码时，它将从叠加的信号中减去，地面用户不会受到已减去的信号的干扰，但会受到剩余地面用户信号的干扰，因此，在典型的NOMA下行链路中，如果，则收到来自的干扰，中的地面用户根据信道强度按升序编号，即，如果，则通过应用SIC，处的接收信号由以下公式给出： 上式中的第一项是发射信号，第二项是中其他地面用户的干扰，上式中的第三项和第四项分别是来自其他空中基站和地面基站的干扰，接收到的SINR由下式给出 上式中，是其他空中基站对的干扰，是地面基站对的干扰，通过接收到的SINR公式，进而得到地面用户和空中基站的可达速率为；步骤33，比较各个链路的SINR，得到最大的SINR链路，将地面用户关联到最大的SINR链路的基站；步骤3中地面用户关联到最大的SINR链路的基站的具体步骤为：地面基站通知最大的SINR链路的基站建立连接准备，该基站向地面基站确认完成准备后，并将接入信息发送给地面基站；地面用户向最大的SINR链路的基站发起接入请求并建立与该基站的连接，地面基站向地面用户发送建立响应并将接入信息转发给地面用户；步骤4：通过凸优化工具CVX计算空中基站和地面基站的下行发射功率；步骤5：地面基站根据信道信息使用粒子群算法计算得到空中基站的最佳部署位置；步骤5的具体步骤为：步骤51：在地面基站侧，初始化粒子群算法的粒子群速度和粒子群位置、惯性常数、加速常数和最大迭代次数；步骤52：计算每个粒子适应度值，然后在每个粒子的当前位置评估，并将其与粒子群的最佳局部适应度和全局适应度进行比较，更新最佳局部目标的位置和全局目标的位置；在步骤52中，粒子的最大飞翔速度为，其中是粒子群数目，是空中基站数目，那么个粒子的速度矩阵在第次迭代中表示为，类似的，当前位置的矩阵和最佳局部目标的位置用和表示，因此，个粒子的最佳局部目标的位置通过以下公式给出： 其中粒子的最佳局部目标的位置是在之前的次迭代中定义的；接着，让表示全局目标的位置并且由下式给出： 其中是的行极小值，是加权适应度函数，在每个粒子的当前位置评估，并将其与粒子群的最佳局部适合度和全局适合度进行比较，然后分别使用和更新和的值；因此，粒子在第次迭代的移动速度更新为： 其中，表示为惯性常数，用于自适应控制优化过程的探索，和表示加速常数，具体来说，当时，搜索设置为最高水平，当时，搜索也设置为最高水平，最后，，是之间的均匀分布，表示哈达玛积，因此，每个粒子在次迭代中的位置根据其在第次迭代中的位置和次迭代的运动速度更新，在次迭代中，粒子的位置更新为： ；在每次迭代中，计算接收和目标SINR之间的差值为，然后考虑在接入和直连链路接收SINR低于的地面用户集合，其中表示的基数，同样的，在回程链路接收SINR的空中基站组低于被定义为，式中，因此，加权适应度函数由下式给出： 其中和表示惩罚参数，分别基于地面用户和空中基站接收到的目标QoS进行定义；步骤53：更新粒子的速度和粒子的位置；步骤54：执行迭代，并使用凸优化工具CVX计算空中基站和地面基站的下行发射功率，直至达到最大迭代次数，以求解空中基站的最佳部署位置；步骤6：根据固定的地面用户关联更新空中基站和地面基站的下行功率分配；步骤7：空中基站与地面用户进行用户面数据传输或者地面基站与地面用户进行用户面数据传输。

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