【摘 要】
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5G通信技术的快速发展,促进了无人机网络的普及。然而,无人机网络频谱资源稀缺,为保证高可靠、低时延的通信,需要将无人机接入蜂窝网络,并且随着无人机数量的增多,其与蜂窝的结合也越来越密切。因此,如何将无人机接入蜂窝网络并管理接入后的资源分配,都是亟需解决的问题。动态频谱共享是解决频谱过度拥挤,提高频谱利用率的有效办法;为调动蜂窝网络与无人机频谱共享的积极性,引入协作中继可以提供有效激励。基于此,本文
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5G通信技术的快速发展,促进了无人机网络的普及。然而,无人机网络频谱资源稀缺,为保证高可靠、低时延的通信,需要将无人机接入蜂窝网络,并且随着无人机数量的增多,其与蜂窝的结合也越来越密切。因此,如何将无人机接入蜂窝网络并管理接入后的资源分配,都是亟需解决的问题。动态频谱共享是解决频谱过度拥挤,提高频谱利用率的有效办法;为调动蜂窝网络与无人机频谱共享的积极性,引入协作中继可以提供有效激励。基于此,本文将协作中继与动态频谱共享引入无人机-蜂窝网络,使无人机以协作的方式复用蜂窝网络频谱,围绕不同的频谱共享模式,研究不同通信指标的网络资源分配问题,具体工作内容如下:1.针对多对多频谱共享,研究以蜂窝网络容量为优化目标的资源分配问题,提出一种基于拍卖的频谱共享机制。首先,为保证无人机在中继协作过程中的可靠性和真实性,采用基于信誉的赢家判决方法和维克里拍卖的付款规则对频谱进行分配;在保证无人机通信最小速率前提下,提出最大化蜂窝网络容量的优化方案。然后,为避免集中式拍卖带来的安全问题,提出基于区块链的拍卖框架,使用区块链存储并更新无人机的信誉值,并使用智能合约自动化地验证和执行拍卖。最后,通过仿真验证所提机制能够促进空地网络频谱共享,同时提升无人机和蜂窝网络的容量。2.针对多对一频谱共享,研究以无人机总传输速率为优化目标的资源分配问题,提出一种基于混合接入的频谱共享方法。首先,当蜂窝用户信道良好时,所有无人机以underlay模式接入;否则,选取部分无人机作为中继协助蜂窝用户传输,通过时隙分配实现underlay-overlay的混合接入。然后,通过联合优化中继选择、接入时间和发射功率来解决信道复用下的干扰问题,实现最大化无人机网络总传输速率。由于优化目标是非凸的,通过分离中继选择问题并采用二次变化方法将原问题转化为迭代求解的凸优化问题。最后通过仿真验真,结果表明所提方案能够实现较高的传输速率,达到方案设计目标。
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