一种蜂窝网络资源分配方法、装置及系统与流程

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种蜂窝网络资源分配方法、装置及系统。

背景技术：

近地无人机中的无线通信包括无人机与地面控制站之间的无线控制信息通信和无人机业务信息通信、无人机群之间为了安全协作而交互的控制信息通信，其中，控制信道对于安全可靠性和时延有效性要求高，速率要求低，而业务信道则往往承载图像传输，视频传输等，需要较高传输速率。现有的无人机无线通信主要是借助非授权频段的无线保真技术(wirelessfidelity，wi-fi)来实现上述的通信传输过程，非授权频段即2.4ghz或者5ghz，但是，由于该非授权频段属于公共网络，容易出现非法入侵的现象，再者，wi-fi网络是针对小区域提供网络服务，对于无人机飞行扩展带来很大的局限性，并且接入无线网络时会带来干扰现象，会使得当前已有用户的服务质量(qualityofservice，qos)受到严重影响。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的小区域的无线网络限制无人机飞行范围的缺陷，从而提供一种蜂窝网络资源分配方法、装置及系统。

根据第一方面，本发明实施例公开了一种蜂窝网络资源分配方法，包括：分别获取蜂窝网络中蜂窝用户与无人机用户对的参数信息，所述无人机用户对包括第一无人机用户、第二无人机用户；根据所述参数信息，分别确定所述蜂窝网络中蜂窝用户的第一信干噪比、所述第一无人机用户的第二信干噪比以及所述第二无人机用户的第三信干噪比；根据所述参数信息、所述第一信干噪比、第二信干噪比、第三信干噪比以及预设的第一算法，判断所述无人机用户对能否接入所述蜂窝网络；当所述无人机用户对能接入所述蜂窝网络时，根据所述参数信息，通过预设的第二算法，得到最优功率分配方案以及最大吞吐量；根据所述最优功率分配方案以及最大吞吐量，通过预设的第三算法，确定所述蜂窝网络资源的资源分配方案。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，该方法还包括：当所述无人机用户对不能接入所述蜂窝网络时，所述无人机用户对无法使用所述蜂窝网络资源。

结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述判断所述无人机用户对能否接入所述蜂窝网络，具体包括：根据所述参数信息、所述第一信干噪比、第二信干噪比、第三信干噪比以及预设的第一算法，判断是否满足第一条件，所述第一条件是通过全双工通信方式进行通信的条件；当满足所述第一条件时，所述无人机用户对能接入所述蜂窝网络，并通过全双工通信方式进行通信。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，该方法还包括：当不满足所述第一条件时，判断所述第二信干噪比以及所述第三信干噪比的关系；当所述第二信干噪比大于所述第三信干噪比时，判断是否满足第二条件，所述第二条件是通过第一半双工通信方式进行通信的条件；当满足第二条件时，所述无人机用户对能接入所述蜂窝网络，并通过所述第一半双工通信方式进行通信；当所述第二信干噪比小于所述第三信干噪比时，判断是否满足第三条件，所述第三条件是通过第二半双工通信方式进行通信的条件；当满足第三条件时，所述无人机用户对能接入所述蜂窝网络，并通过所述第二半双工通信方式进行通信。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述第一条件为：

其中，η表示在全双工技术通信方式下自干扰系数，g和h表示信道条件，表示蜂窝用户的发送功率，表示第一无人机用户的发送功率，表示第一无人机用户的发送功率，pmax表示每个用户的最大的发射功率，表示加性高斯白噪声功率；

根据所述第一条件以及第一算法，确定第一优化问题：

s.t.fi(p)≥s，i＝1，2...，

当存在第一功率分配方案使s大于0时，判定满足所述第一条件，所述第一功率分配方案即为通过全双工通信方式进行通信的初始功率值。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第五实施方式中，所述第二条件为：

根据所述第二条件以及第一算法，确定第二优化问题：

s.t.fi(p)≥s，i＝1，2...，

当存在第二功率分配方案使s大于0时，判定满足所述第二条件，所述第二功率分配方案即为通过第一半双工通信方式进行通信的初始功率值。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述第三条件为：

根据所述第三条件以及第一算法，确定第三优化问题：

s.t.fi(p)≥s，i＝1，2...，

当存在第三功率分配方案使s大于0时，判定满足所述第三条件，所述第三功率分配方案即为通过第二半双工通信方式进行通信的初始功率值。

结合第一方面第四实施方式，在第一方面第七实施方式中，所述当所述无人机用户对能接入所述蜂窝网络时，通过预设的第二算法，得到最优功率分配方案以及最大吞吐量，具体包括：通过以下公式计算，在全双工通信方式中，根据所述第一功率分配方案，确定的第一最优功率分配方案以及第一最大吞吐量：

其中，表示全双工通信方式条件下的吞吐量，p^(*)(fd)表示第一最优功率分配方案，表示在进行迭代过程中的第一最大吞吐量。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面第八实施方式中，所述当所述无人机用户对能接入所述蜂窝网络时，通过预设的第二算法，得到最优功率分配方案以及最大吞吐量，具体包括：通过以下公式计算，在第一半双工通信方式中，根据所述第二功率分配方案，确定的第二最优功率分配方案以及第二最大吞吐量：

其中，表示第一半双工通信方式条件下的吞吐量，p^(*)(hd1)表示第二最优功率分配方案，表示在进行迭代过程中的第二最大吞吐量。

结合第一方面第六实施方式，在第一方面第九实施方式中，所述当所述无人机用户对能接入所述蜂窝网络时，通过预设的第二算法，得到最优功率分配方案以及最大吞吐量，具体包括：通过以下公式计算，在第二半双工通信方式中，根据所述第三功率分配方案，确定的第三最优功率分配方案以及第三最大吞吐量：

其中，表示第二半双工通信方式条件下的吞吐量，p^(*)(hd2)表示第三最优功率分配方案，表示在进行迭代过程中的第三最大吞吐量。

结合第一方面第七实施方式至第一方面第九实施方式中任一实施方式，在第一方面第十实施方式中，所述确定所述蜂窝网络资源的分配，具体包括：根据所述最优功率分配方案以及最大吞吐量，确定所述蜂窝网络资源的总吞吐量矩阵；根据所述总吞吐量矩阵以及预设的第三算法，确定所述蜂窝网络资源的分配。

结合第一方面第十实施方式，在第一方面第十一实施方式中，通过下述公式，计算所述总吞吐量矩阵：

当通过全双工通信方式进行通信时：

当通过半双工通信方式进行通信时：

根据第二方面，本发明实施例公开了一种蜂窝网络资源分配装置，包括：获取模块，用于分别获取蜂窝网络中蜂窝用户与无人机用户对的参数信息，所述无人机用户对包括第一无人机用户、第二无人机用户；第一确定模块，用于根据所述参数信息，分别确定所述蜂窝网络中蜂窝用户的第一信干噪比、所述第一无人机用户的第二信干噪比以及所述第二无人机用户的第三信干噪比；判断模块，用于根据所述参数信息、所述第一信干噪比、第二信干噪比、第三信干噪比以及预设的第一算法，判断所述无人机用户对能否接入所述蜂窝网络；功率控制模块，用于当所述无人机用户对能接入所述蜂窝网络时，根据所述参数信息，通过预设的第二算法，得到最优功率分配方案以及最大吞吐量；第二确定模块，用于根据所述最优功率分配方案以及最大吞吐量，通过预设的第三算法，确定所述蜂窝网络资源的资源分配方案。

根据第三方面，本发明实施例公开了一种蜂窝网络资源分配系统，包括：至少一个控制设备，所述控制设备用于执行如第一方面或第一方面任一实施方式中所述的蜂窝网络资源分配方法的步骤，根据蜂窝网络中蜂窝用户与无人机用户对的参数信息确定蜂窝网络资源的分配。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明实施例提供的一种蜂窝网络资源分配方法、装置及系统，其中，该方法包括：首先分别获取蜂窝网络中蜂窝用户与无人机用户对中第一无人机用户、第二无人机用户的参数信息；根据参数信息，分别确定蜂窝网络中蜂窝用户的第一信干噪比、第一无人机用户的第二信干噪比以及第二无人机用户的第三信干噪比；根据参数信息、第一信干噪比、第二信干噪比、第三信干噪比以及预设的第一算法，判断无人机用户对能否接入蜂窝网络；当无人机用户对能接入蜂窝网络时，根据参数信息，通过预设的第二算法，得到最优功率分配方案以及最大吞吐量；根据最优功率分配方案以及最大吞吐量，通过预设的第三算法，确定蜂窝网络资源的资源分配方案。通过实施本发明，解决了现有的相关技术中无人机用户在接入无线网络时，由于无线覆盖区域较小而产生的对无人机用户飞行区域的限制，基于接入了安全稳定的蜂窝网络，可以使无人机大规模接入，提高了接入密度，通过合理地蜂窝网络的分配，有效减少功耗以及提高了无人机用户的服务质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中一种蜂窝网络资源分配方法中蜂窝网络中通信的示意图；

图2为本发明实施例1中一种蜂窝网络资源分配方法的一个具体示例的流程框图；

图3为本发明实施例1中一种蜂窝网络资源分配方法中确定通信方式类型的流程框图；

图4为本发明实施例1中一种蜂窝网络资源分配方法中确定蜂窝网络资源分配的具体流程框图；

图5为本发明实施例2中一种蜂窝网络资源分配装置的一个具体示例的流程框图；

图6为本发明实施例3中一种蜂窝网络资源分配系统中控制设备的结构框图；

图7为本发明实施例3中一种蜂窝网络资源分配系统中控制器的结构框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供的一种蜂窝网络资源分配方法、装置及系统，应用于近地无人机通信的具体应用场景中，近地无人机中的无线通信包括无人机与地面控制站之间的无线控制信息通信和无人机业务信息通信、无人机群之间为了安全协作而交互的控制信息通信。如图1所示，在近地无人机飞行系统中，mbs表示基站，rcu表示蜂窝网络用户，例如，rcu1、rcu2、rcu3…rcun；du表示无人机用户。具体地，在系统中，存在一个基站，控制其他用户设备进行通信；近地无人机一般以用户对的形式出现，可以存在若干对无人机用户对，如du2,1、du2,2所示的无人机用户对，还可以存在若干个蜂窝用户设备，如rcu所示。无人机用户对之间的通信可以是半双工通信，如du2,1、du2,2之间是通过半双工d2d链路连接，实现半双工通信，在此种通信方式中，du2,1是发射设备，du2,2是接收设备；无人机用户对之间的通信也可以是全双工通信，如du1,1、du1,2之间是通过全双工d2d链路连接，实现全双工通信，在此种通信方式中，du1,1是发射设备也是接收设备，du1,2是发射设备也是接收设备；蜂窝用户设备通过上行链路与基站进行通信，不可避免的，也会存在干扰，通过干扰链路影响无人机用户对中的一个或者两个用户设备。

实施例1

本发明实施例提供一种蜂窝网络资源分配方法，可应用于民用无人机应用网络中，如自主无人机编队、无人机农业技术、无人机物流网络等具体应用场景中，如图2所示，该方法包括：

步骤s11：分别获取蜂窝网络中蜂窝用户与无人机用户对的参数信息，无人机用户对包括第一无人机用户、第二无人机用户；在本实施例中，是在一个小区的蜂窝网络覆盖的区域中，无人机采用双工d2d通信方式进行结对通信，并且无人机通信只能复用当前区域内蜂窝用户的无线资源进行数据传输。具体地，参数信息具体包括蜂窝网络用户的第一预设最大功率、第一预设最小信干噪比以及第一信道条件信息；第一无人机用户的第二预设最大功率、第二预设最小信干噪比以及第二信道条件信息；第二无人机用户的第三预设最大功率、第三预设最小信干噪比以及第三信道条件信息，具体地，信干噪比是(signal-to-interference-and-noise-ratio，sinr)，表示在接收到的有用信号的强度与接收到的干扰信号的强度的比值。

步骤s12：根据参数信息，分别确定蜂窝网络中蜂窝用户的第一信干噪比、第一无人机用户的第二信干噪比以及第二无人机用户的第三信干噪比；在本实施例中，蜂窝用户的第一信干噪比与蜂窝用户的发射功率、信道条件以及无人机用户对中发射设备的发射功率、信道条件相关。具体地，双工通信方式包括全双工通信方式以及半双工通信方式，全双工通信方式是指无人机用户对中第一无人机用户以及第二无人机用户同时作为发射设备与接收设备，同时进行通信数据的收发；半双工通信方式可以是无人机用户对中第一无人机用户或者第二无人机用户，作为发射设备，进行通信数据的发送。

示例性的，通过下述公式计算，在不同的双工通信方式中，不同用户设备的信干噪比：

在全双工通信方式中，

其中，表示蜂窝用户的第一信干噪比，g和h表示信道条件，表示蜂窝用户的发送功率，表示第一无人机用户的发送功率，表示第一无人机用户的发送功率，每个用户都有最大的发射功率要求pmax，表示加性高斯白噪声功率；

其中，表示第一无人机用户的第二信干噪比，表示第二无人机用户的第三信干噪比，η表示在全双工技术通信方式下自干扰系数；

在第一半双工通信方式中，

其中，表示第二无人机用户的第二信干噪比，表示第一无人机用户的发送功率；

在第二半双工通信方式中，

其中，表示第一无人机用户的第三信干噪比，表示第二无人机用户的发送功率；

步骤s13：根据参数信息、第一信干噪比、第二信干噪比、第三信干噪比以及预设的第一算法，判断无人机用户对能否接入蜂窝网络；在本实施例中，根据上述参数信息以及各个用户信干噪比信息，可以通过经典凸优化中的phase1算法，通过计算，确定是否存在满足预设条件的用户功率分配方案，使无人机用户可以通过双工通信方式进行通信以及复用蜂窝网络中蜂窝用户的无线资源。

具体地，预设条件可以是每个蜂窝用户的信号干扰噪声比都要大于预设的信干噪比最低值在无人机用户对j接入蜂窝网络的情况下，为了更好的进行消除噪声干扰以及进行功率控制，当无人机对内的用户可以以全双工和半双工的方式进行无线传输时，无人机对内的用户的信干噪比也应当大于预设的最低值并且无人机对内的用户j1、j2以及蜂窝用户i也需要小于各自预设的发射功率和此时，无人机用户对进行数据传输的业务需求，也就是最小服务质量qos和蜂窝用户的最小qos由基站收集并存储，用于做统一决策。

步骤s14：当无人机用户对能接入蜂窝网络时，根据参数信息，通过预设的第二算法，得到最优功率分配方案以及最大吞吐量；在本实施例中，在确定无人机用户对接入蜂窝网络的方式后，满足预设条件的功率分配方案即为进行功率控制的初始功率分配方案，具体地，第二算法可以是cccp算法，通过此算法进行快速迭代。通过快速迭代可以计算出最终的最优功率分配方案以及对应的局部最大吞吐量。

步骤s15：根据最优功率分配方案以及最大吞吐量，通过预设的第三算法，确定蜂窝网络资源的资源分配方案。在本实施例中，此时，无人机用户对允许复用蜂窝用户的频谱资源，也就是无人机用户对可以双工通信方式的接入蜂窝网络，具体地，可以是全双工通信方式或者半双工通信方式中任意一种；继而根据得到的最优功率分配方案以及局部最大的吞吐量，通过预设的第三算法，进行蜂窝资源的分配，具体地，第三算法可以是匈牙利算法，也可以是gale-shapley婚姻匹配算法、基于博弈论的联合拍卖算法、基于机器学习的系列匹配算法。具体地，匈牙利算法具有稳定的可靠的结果，证明为确定的最好匹配算法，基于机器学习的系列匹配算法会对匹配的结果带来误差，主要体现在匹配准确率损失。针对于上述步骤中提到的算法，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，本发明对此不作限定。

作为本申请一个可选实施方式，如图2所示，当上述步骤s13中，判断无人机用户对不能接入蜂窝网络中时，该方法还包括：

步骤s16：当无人机用户对不能接入蜂窝网络时，无人机用户对无法使用蜂窝网络资源。在本实施例中，当无人机用户对不能以双工通信方式接入蜂窝网络时，也就是不能复用蜂窝网络中蜂窝用户的无线资源，此时，是因为通过phase1算法的计算，没有满足预设条件的功率分配方案。具体地，在判断是否存在满足预设条件的功率分配方案时，首先判断是否存在满足全双工通信方式的功率分配方案，当全双工通信方式判定失败时，可以是因为无人机用户对设备与蜂窝用户设备之间存在较大的干扰，此种干扰无法被消除，也就是在当前信道条件和服务质量需求的情况下，不建议进行全双工通信，为了尽可能接入多的无人机设备，可以判断此时是否存在满足半双工通信方式的功率分配方案，若存在，可以使无人机对内用户设备中的其中一方停止传输，进行半双工传输。当既不存在满足全双工通信方式的功率分配方案，又不存在满足半双工通信方式的功率分配方案时，可以确定无人机用户对不能以双工通信方式接入蜂窝网络时，也就是不能复用蜂窝网络中蜂窝用户的无线资源。

本发明实施例提供的一种蜂窝网络资源分配方法，包括：首先分别获取蜂窝网络中蜂窝用户与无人机用户对中第一无人机用户、第二无人机用户的参数信息；根据参数信息，分别确定蜂窝网络中蜂窝用户的第一信干噪比、第一无人机用户的第二信干噪比以及第二无人机用户的第三信干噪比；根据参数信息、第一信干噪比、第二信干噪比、第三信干噪比以及预设的第一算法，判断无人机用户对能否接入蜂窝网络；当无人机用户对能接入蜂窝网络时，根据参数信息，通过预设的第二算法，得到最优功率分配方案以及最大吞吐量；根据最优功率分配方案以及最大吞吐量，通过预设的第三算法，确定蜂窝网络资源的资源分配方案。通过实施本发明，解决了现有的相关技术中无人机用户在接入无线网络时，由于无线覆盖区域较小而产生的对无人机用户飞行区域的限制，基于接入了安全稳定的蜂窝网络，可以使无人机大规模接入，提高了接入密度，通过合理地蜂窝网络的分配，有效减少功耗以及提高了无人机用户的服务质量。

作为本申请一个可选实施方式，如图3所示，上述步骤s13，判断无人机用户对能否接入蜂窝网络，具体包括：

步骤s131：根据参数信息、第一信干噪比、第二信干噪比、第三信干噪比以及预设的第一算法，判断是否满足第一条件，第一条件是通过全双工通信方式进行通信的条件；在本实施例中，根据上述步骤确定的参数信息以及各个用户的信干噪比，通过phase1算法确定是否存在满足第一条件的功率分配方案，具体地，第一条件是无人机用户对可以以全双工通信方式复用蜂窝网络中蜂窝用户的无线资源的条件，首先我们需要判断，是否存在同时满足各个用户类型的信干噪比要求的功率分配方案。当存在这样的一种功率分配方式时，也就是满足第一条件时，执行步骤s132；当通过phase1算法的计算，不存在满足第一条件的功率分配方式时，执行步骤s133。

步骤s132：当满足第一条件时，无人机用户对能接入蜂窝网络，并通过全双工通信方式进行通信。

步骤s133：当不满足第一条件时，进一步判断第二信干噪比以及第三信干噪比的关系。

示例性的，当不满足第一条件，也就是当全双工通信方式判定失败时，表示在当前信道条件和服务质量需求的情况下，不建议进行全双工通信，此时，判断是否存在满可以以半双工通信方式进行通信的功率分配方案，若存在，可以使无人机对内用户设备中的其中一方停止传输，进行半双工传输，具体地，停止哪一方无人机用户设备的传输，需要判断第一无人机用户的第二信干噪比以及第二无人机用户的第三信干噪比的关系；第一半双工通信方式是第一无人机用户为发射机，第二无人机用户为接收机；第二半双工通信方式是第二无人机用户为发射机，第一无人机用户为接收机。具体地，当第二信干噪比大于第三信干噪比时，执行步骤s134；当第二信干噪比小于第三信干噪比时，执行步骤s136。

步骤s134：当第二信干噪比大于第三信干噪比时，进一步判断是否满足第二条件，第二条件是可以以第一半双工通信方式进行通信的条件，具体可以是通过phase算法，降低优化问题的预设最低值、相应的服务质量要求值以及相应功率的要求值，确定是否存在满足要求的功率分配方案。当存在满足第二条件的功率分配方案时，执行步骤s135；当不存在满足第二条件的功率分配方案时，执行步骤s136。

步骤s135：当满足第二条件时，无人机用户对能接入蜂窝网络，并通过第一半双工通信方式进行通信，此时，表示第一无人机用户更适合作为发射机进行通信数据的传输。

步骤s136：当不满足第二条件时，无人机用户对无法使用蜂窝网络。

步骤s137：当第二信干噪比小于第三信干噪比时，判断是否满足第三条件，第三条件是通过第二半双工通信方式进行通信的条件；具体地，当存在满足第三条件的功率分配方案时，执行步骤s138；当不存在满足第三条件的功率分配方案时，执行步骤s139。

步骤s138：当满足第三条件时，无人机用户对能接入蜂窝网络，并通过第二半双工通信方式进行通信，此时，表示第二无人机用户更适合作为发射机进行通信数据的传输。

步骤s139：当不满足第三条件时，无人机用户对无法使用蜂窝网络。

示例性的，第一条件为：

其中，η表示在全双工技术通信方式下自干扰系数，g和h表示信道条件，表示蜂窝用户的发送功率，表示第一无人机用户的发送功率，表示第一无人机用户的发送功率，pmax表示每个用户的最大的发射功率，表示加性高斯白噪声功率；

通过以下公式，根据第一条件以及第一算法，确定第一优化问题：

s.t.fi(p)≥s，i＝1，2...，

当存在第一功率分配方案使s大于0时，判定满足第一条件，第一功率分配方案即为通过全双工通信方式进行通信的初始功率值。

示例性的，第二条件为：

通过以下公式，根据第二条件以及第一算法，确定第二优化问题：

s.t.fi(p)≥s，i＝1，2...，

当存在第二功率分配方案使s大于0时，判定满足第二条件，第二功率分配方案即为通过第一半双工通信方式进行通信的初始功率值。

示例性的，第三条件为：

通过以下公式，根据第三条件以及第一算法，确定第三优化问题：

s.t.fi(p)≥s，i＝1，2...，

当存在第三功率分配方案使s大于0时，判定满足第三条件，第三功率分配方案即为通过第二半双工通信方式进行通信的初始功率值。

本发明实施例提供的一种蜂窝网络资源分配方法，具体包括：通过参数信息以及信干噪比信息，确定是否存在满足预设第一条件的功率分配方案，当存在满足第一条件的功率分配方案时，可以以全双工通信方式复用蜂窝网络中的蜂窝用户的无线资源；当不存在满足第一条件的功率分配方案时，根据无人机用户对的信干噪比的关系以及参数信息，判断是否存在满足半双工预设二条件或第三条件的功率分配方案。解决了现有的无人机通信技术中存在的限制无人机飞行区域的问题以及功率控制问题，可以满足不同应用场景下，无人机网络的任意的服务质量要求，有效的利用了双工技术和d2d通信技术，有效地减少了功耗。

作为本申请一个可选实施方式，上述步骤s14，当无人机用户对能接入蜂窝网络时，通过预设的第二算法，得到最优功率分配方案以及最大吞吐量，具体包括：

通过以下公式计算，在全双工通信方式中，根据第一功率分配方案，确定的第一最优功率分配方案以及第一最大吞吐量：

其中，表示全双工通信方式条件下的吞吐量，p^(*)(fd)表示第一最优功率分配方案，表示在进行迭代过程中的第一最大吞吐量。

示例性的，通过以下公式计算，在第一半双工通信方式中，根据第二功率分配方案，确定的第二最优功率分配方案以及第二最大吞吐量：

其中，表示第一半双工通信方式条件下的吞吐量，p^(*)(hd1)表示第二最优功率分配方案，表示在进行迭代过程中的第二最大吞吐量。

示例性的，通过以下公式计算，在第二半双工通信方式中，根据第三功率分配方案，确定的第三最优功率分配方案以及第三最大吞吐量：

其中，表示第二半双工通信方式条件下的吞吐量，p^(*)(hd2)表示第三最优功率分配方案，表示在进行迭代过程中的第三最大吞吐量。

在本实施例中，是对已经确定接入蜂窝网络的用户，进一步进行功率控制，也就是说，是在双工通信的情况下，确定满足下述限制条件并使吞吐量最大的功率分配方案，即为最优功率分配方案，此时的吞吐量即为最大吞吐量。

作为本申请一个可选的实施方式，如图4所示，上述步骤s15，确定蜂窝网络资源的分配，具体包括：

步骤s151：根据最优功率分配方案以及最大吞吐量，确定蜂窝网络资源的总吞吐量矩阵；

通过下述公式，计算总吞吐量矩阵：

当通过全双工通信方式进行通信时：

当通过半双工通信方式进行通信时：

步骤s152：根据总吞吐量矩阵以及预设的第三算法，确定蜂窝网络资源的分配。在本实施例中，第三算法可以是匈牙利算法，具体地，通过匈牙利算法确定蜂窝网络中蜂窝用户的无线资源分配的具体过程，包括：

步骤s21：令t＝-t；若i！＝j，增加虚拟蜂窝网络中蜂窝用户的数量或者无人机用户对的数量，并且令对应的吞吐量为0，使得总吞吐量矩阵可以是n＝max{i,j}的方阵；

步骤s22：进行总吞吐量矩阵的行变换，具体可以是寻找每一行的最小值，并把该行的每一个元素减去该最小值。

步骤s23：进行总吞吐量矩阵的列变换，具体可以是寻找每一列的最小值，并把该列的每一个元素减去该最小值。

步骤s24：覆盖总吞吐量矩阵所有零，具体可以是利用最少的水平线或垂直线覆盖所有的0。

步骤s25：当步骤s24中总吞吐量矩阵的垂直线和水平线之和为n，那么此时确定最优的网络资源分配方案；

步骤s26：当步骤s24中总吞吐量矩阵的的垂直线和水平线之和小于n，确定未被步骤s24中直线覆盖的元素中的最小值，并且把未被覆盖行的元素减去该值，已经被覆盖的列中的每个元素加上该值，之后执行步骤s23，直至总吞吐量矩阵的垂直线和水平线之和为n，确定双工通信方式下的最优的网络资源分配方案。

作为本申请的一个可选地实施方式，由于蜂窝网络中可以存在多用户增益，也就是说，无人机用户对设备和蜂窝设备之间的频谱复用情况拥有多种选择，若当前无人机拥有多个备选的蜂窝用户进行复用时，则把其加入备选矩阵中，并且为了使得干扰可控，尽量避免一个无人机复用多个用户的情况。在现有可以使用的频谱资源中，选取能够最大的吞吐量的一个蜂窝用户进行资源复用，具体地，采用匈牙利匹配算法进行蜂窝网络资源的分配。因此，通过下述公式，确定蜂窝系统的容量：

本发明实施例提供的一种蜂窝网络资源分配方法，具体包括：通过cccp算法，也就是快速迭代的计算过程，确定不同通信方式中的最优功率分配方案以及最大吞吐量，以及通过匈牙利算法确定蜂窝网络资源的最优分配，通过实施本发明，解决了现有的无人机通信技术中存在的限制无人机飞行区域的问题，采取了cccp算法的功率调节方法，对容量进行初次最大化传输，在匈牙利匹配过程中，可以获取最大的匹配收益，有效的利用了双工技术和d2d通信技术，有效地减少了功耗。

针对于现有的相关无人机飞行技术存在的问题，本发明实施例提出可以借助蜂窝网络的广阔覆盖性，使无人机无线通信达到理想的接入率和业务服务水平，同时也可以借助蜂窝网络提供的更高应用层次安全机制；还可以提高用户的服务质量(quality-of-service，qos)；但是，蜂窝基站中继也会对无人机实时性的飞行带来挑战。由于无人机体型庞大，其比较易于装载部署成熟的设备对设备(device-to-device，d2d)技术来满足大量的点对点通信，也就是说，本发明实施例提出了一种基于双工d2d技术的蜂窝接入无人机系统，以及功率控制和蜂窝网络的无线资源分配方案，基于3gpp-r13提出的增强型设备类通信(enhancedmachinetypecommunication，emtc)技术和3gpp-r15中5g-mmtc相关技术，解决蜂窝网络接入时物联网中的网络覆盖问题、设备电池功率问题以及传输时延等问题。为了使当前的无人机通信业务有效进行扩展并且不断提高其稳定性，采用蜂窝接入的方式进行通信，并且采用双工d2d技术来控制干扰，增强系统容量和接入无人机的数量。本发明也需要借助3gpp-r12的d2d通信技术实现，协助基站完成无人机sidelink链路的注册与建立。

实施例2

本发明实施例提供一种蜂窝网络资源分配装置，可应用于民用无人机应用网络中，如自主无人机编队、无人机农业技术、无人机物流网络等具体应用场景中，如图5所示，该装置包括：

获取模块21，用于分别获取蜂窝网络中蜂窝用户与无人机用户对的参数信息，无人机用户对包括第一无人机用户、第二无人机用户；详细实施内容可参见上述方法实施例中步骤s11的相关描述。

第一确定模块，用于根据参数信息，分别确定蜂窝网络中蜂窝用户的第一信干噪比、第一无人机用户的第二信干噪比以及第二无人机用户的第三信干噪比；详细实施内容可参见上述方法实施例中步骤s12的相关描述。

判断模块，用于根据参数信息、第一信干噪比、第二信干噪比、第三信干噪比以及预设的第一算法，判断无人机用户对能否接入蜂窝网络；详细实施内容可参见上述方法实施例中步骤s13的相关描述。

功率控制模块，用于当无人机用户对能接入蜂窝网络时，根据参数信息，通过预设的第二算法，得到最优功率分配方案以及最大吞吐量；详细实施内容可参见上述方法实施例中步骤s14的相关描述。

第二确定模块，用于根据最优功率分配方案以及最大吞吐量，通过预设的第三算法，确定蜂窝网络资源的资源分配方案。详细实施内容可参见上述方法实施例中步骤s15的相关描述。

本发明实施例提供的一种蜂窝网络资源分配装置，包括：通过获取模块，分别获取蜂窝网络中蜂窝用户与无人机用户对中第一无人机用户、第二无人机用户的参数信息；通过第一确定模块，根据参数信息，分别确定蜂窝网络中蜂窝用户的第一信干噪比、第一无人机用户的第二信干噪比以及第二无人机用户的第三信干噪比；在判断模块，根据参数信息、第一信干噪比、第二信干噪比、第三信干噪比以及预设的第一算法，判断无人机用户对能否接入蜂窝网络；在功率控制模块，当无人机用户对可以接入蜂窝网络时，根据参数信息，通过预设的第二算法，得到最优功率分配方案以及最大吞吐量；根据最优功率分配方案以及最大吞吐量，通过预设的第三算法，确定蜂窝网络资源的资源分配方案。通过实施本发明，解决了现有的相关技术中无人机用户在接入无线网络时，由于无线覆盖区域较小而产生的对无人机用户飞行区域的限制，基于接入了安全稳定的蜂窝网络，可以使无人机大规模接入，提高了接入密度，通过合理地蜂窝网络的分配，有效减少功耗以及提高了无人机用户的服务质量。

实施例3

本发明实施例提供一种蜂窝网络资源分配系统，其中包括至少一个控制设备41，控制设备41用于执行如上述实施例中任一项的所述的蜂窝网络资源分配方法的步骤。

如图6所示，控制设备41，包括：

第一通讯模块411：用于传输数据，接收和传输蜂窝网络中蜂窝用户与无人机用户对的参数信息。该第一通讯模块可以是蓝牙模块，wi-fi模块，通过设定的无线通讯协议，继而通信。

第一控制器412：与第一通讯模块411连接，如图7所示，包括：至少一个处理器51；以及与至少一个处理器51通信连接的存储器52；其中，存储器52存储有可被至少一个处理器51执行的指令，当接收到数据信息时，以使至少一个处理器51执行图1所示的蜂窝网络资源分配方法，图5中以一个处理器为例，处理器51，存储器52通过总线50连接，在本实施例中，第一通讯模块可以为无线通讯模块，例如，蓝牙模块，wi-fi模块等，也可以为有线通讯模块。第一控制器412与第一通讯模块411之间的传输是无线传输。

存储器52作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的蜂窝网络资源分配方法对应的程序指令/模块。处理器51通过运行存储在存储器52中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的蜂窝网络资源分配方法。

存储器52可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据服务器操作的处理装置的使用所创建的数据等。此外，存储器52可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器52可选包括相对于处理器51远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至网络连接装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

一个或者多个模块存储在存储器52中，当被一个或者多个处理器51执行时，执行上述实施例任意一项描述的方法。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。