本技术涉及无线通信技术,旨在实现无人机群的动态频谱接入和资源分配。该系统通过构建无人机群的动态频谱接入网络,并设立合作频谱感知单元,实现了频谱资源的高效分配。该方法包括建立联合频谱感知机制,以优化无人机群的频谱使用效率,提升通信性能。
背景技术
无人机群在数据传输过程中,对频谱资源的需求非常强烈,因此需要以动态频谱接入用户的身份动态接入地面授权频段,以满足自身频谱需求。
在频谱接入之前,需要首先进行频谱感知,从而获得频谱空洞和频谱占用信息。能量检测作为一种简单、低成本的感知方式,在无线通信网络中得到了广泛应用。然而,由于路径衰减可能会导致主用户信号严重衰落,因此基于能量检测的单个感知设备难以准确地探测当前信道是否被占用。而合作频谱感知则可以通过分散部署的感知设备进行合作感知,然后将感知结果发送到感知中心进行集体决策,有效提高授权频段频谱感知的准确率。目前,已有研究将合作频谱感知应用到物联网、车联网等领域,Xin Liu等人提出了一个集成的联合频谱感知和接入控制模型,旨在提高认知工业物联网(CIIoT)的传输性能,同时保证频谱感知的检测概率并控制对主用户(PU)的干扰。但文章中提出的联合频谱感知模型需要进行联合优化,涉及到感知时间、感知节点数量和发射功率等多个变量,计算复杂度较高。
Xiaoying Liu等人研究了移动能量收集认知无线电网络中的联合频谱感知问题,能量充足的辅助发射器参与联合频谱感知,并将本地感知决策发送到融合中心,融合中心使用通用的k-out-of-M(k)融合规则对频谱状态做出最终决策。但当前研究缺乏针对无人机群网络的合作频谱感知,尤其是在无人机群分簇的前提下。无人机在空中可以充分利用视距信道,避免部分低空障碍物遮挡,而得益于无人机群中,无人机的大规模部署,可以在更大的范围内获取更加全面的频谱信息。
当前,动态频谱接入问题通常视为马尔可夫决策过程或部分可观测马尔科夫决策过程。为解决该问题,主流的方法是采用强化学习模型,除此之外:
胡夯针对多级异构用户间的频谱接入场景,设计了基于分层区块链的分布式架构,并在此基础上应用双边拍卖机制促进频谱资源的高效交易。虽然该方法实现了用户效用优化和频谱的深度共享,但出价策略不透明、出价过程复杂等问题限制了其应用。
Stefano Iellamo等人提出了一种名为SILP的分布式频谱接入协议,用于多天线无线节点接入多个频率信道的情况。通过模仿学习的方式,让节点在每轮迭代中决定访问的信道数量和具体信道,最终使网络达到一个高效且公平的均衡状态。然而该方法中的节点需要能够访问和聚合多个信道,这在某些设备上难以实现。
实现思路