信道分配方法、功率控制方法及相应的装置、设备、介质与流程

1.本技术涉及通信技术领域，特别是涉及一种信道分配方法、功率控制方 法及相应的装置、设备、介质。


背景技术：

2.无人机(uav)具有部署方便、灵活性高、成本低等特点，越来越多地 应用于军事和民用领域。多无人机通过蜂窝模式组成的网络摆脱了对地面基 站部署的区域限制，弥补了地面网络和监控系统灵活性差、覆盖区域有限等 不足。
3.在多信道上行链路通信中，系统需要为每个终端设备分配相应的信道资 源，通过控制终端设备的发射功率减少信号间的干扰，最终达到最大化网络 吞吐量的目标。然而uav的高速移动性导致它与地面基站(gb)之间的信道 状态变化较快，增加了信道分配和功率控制算法设计的复杂度。利用传统的 信道分配和功率控制方法，如ofdma(orthogonal frequency divisionmultiple access，正交频分多址)技术，虽然能够满足uav与gb之间数据通 信的要求，但是随着uav数量的增加，基于ofdma的信道分配和功率控 制技术不能有效地满足uav对带宽资源的需求。随着基于功率域的noma (non
‑
orthogonal multiple
‑
access，非正交多接入)技术越来越多的应用于 未来蜂窝网络中，终端设备间可以在同一信道上并发的传输信号，在gb处 利用连续信号sic(successive interference cancellation，信号消除)技术解 码叠加的信号来提高带宽利用率、提高网络有效吞吐量。但是现有技术的信 道分配和功率控制方法较少考虑uva移动性和高空环境对传输可靠性的影 响，不能很好地解决多uav网络的信道分配和功率控制问题。此外，现有 技术没有考虑传输可靠性和网络参数初始化对参数优化和网络性能的影响， 导致不能很好地应用于多uav通信场景。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，提出了本技术以便提供克服上述问题或者至少部分地解 决上述问题的信道分配方法、功率控制方法及相应的装置、设备、介质，包 括：
5.一种信道分配方法，应用于基站，所述基站包括|c|个信道，所述基站 与m个无人机通信连接，且所述方法包括：
6.获取各个所述无人机的信道信息，并根据所述信道信息确定所述无人机 的信道增益g
m
；
7.将m个所述无人机按照信道增益的降序顺序进行排序，将排序后的m 个所述无人机划分为u个子集，得到无人机集合s＝{s1,s2,
…
,s
n
,
…
,s
u
}；
8.按照从子集s
u
至s1的顺序，将各个所述子集中的无人机分别分配至不 同的信道中。
9.可选地，所述按照从子集s
u
至s1的顺序，将各个所述子集中的无人机 分别分配至不同的信道中，包括：
10.将子集s
u
中的无人机分别分配至不同的信道中；
11.针对每个信道，基于所述信道中的当前无人机的信道增益，按照从子集 s
u
‑1至s1的顺序，将满足预设信道约束条件的无人机分配到所述信道中；
12.其中，所述预设信道约束条件表示如下：
[0013][0014]
其中，p
m
表示第m个无人机的初始发射功率，h
m
表示第m个无人机与 基站之间的期望信道增益；c为信道集合；m表示无人机集合；h
i
表示第i个无人机的信道增益；为二进制变量，当第i个无人机分配给第n个信道 时，则否则，p
i
表示第i个无人机的发射功率；p
th
表示为区分 当前解码的信号与其他非解码信号所需的最小功率差。
[0015]
可选地，在所述针对每个信道，基于所述信道中的当前无人机的信道信 息，按照从子集s
u
‑1至s1的顺序，将满足预设信道约束条件的无人机分配到 所述信道中之前，所述方法还包括：
[0016]
确定所述信道增益最小的无人机的传输速率与预设速率阈值相等时对 应的功率表达式；
[0017]
根据所述功率表达式和所述信道增益最小的无人机的信号增益，确定所 述信道增益最小的无人机的初始发射功率；
[0018]
将所述信道增益最小的无人机的初始发射功率确定为各个所述无人机 的初始发射功率。
[0019]
可选地，所述方法还包括：
[0020]
输出所述无人机与所述信道的对应关系。
[0021]
一种功率控制方法，所述方法包括：
[0022]
根据所述信道分配方法确定各个信道对应的无人机；
[0023]
针对各个所述信道，根据传输速率与信道增益以及初始发射功率之间的 关系，确定各个所述无人机的目标发射功率，以使所述无人机按照所述目标 发射功率发送数据。
[0024]
可选地，所述针对各个所述信道，根据传输速率与信道增益以及初始发 射功率之间的关系，确定各个所述无人机的目标发射功率，以使所述无人机 按照所述目标发射功率发送数据，包括：
[0025]
根据所述传输速率与信道增益以及初始发射功率之间的关系确定传输 速率函数；
[0026]
将所述传输速率函数转换为拉格朗日对偶形式，得到拉格朗日函数；
[0027]
对所述拉格朗日函数进行求解，得到所述无人机的目标发射功率。
[0028]
可选地，所述对所述拉格朗日函数进行求解，得到所述无人机的目标发 射功率，包括：
[0029]
采用异步更新方法对所述拉格朗日函数的拉格朗日乘子进行更新；
[0030]
将所述拉格朗日乘子不再变化时对应的发射功率确定为所述目标发射 功率。
[0031]
一种信道分配装置，所述装置应用于基站，所述基站包括|c|个信道， 所述基站与
m个无人机通信连接，且所述装置包括：
[0032]
信道增益获取模块，用于获取各个所述无人机的信道信息，并根据所述 信道信息确定所述无人机的信道增益g
m
；
[0033]
无人机排序模块，用于将m个所述无人机按照信道增益的降序顺序进行 排序，将排序后的m个所述无人机划分为u个子集，得到无人机集合 s＝{s1,s2,
…
,s
n
,
…
,s
u
}；
[0034]
按顺序分配信道模块，用于按照从子集s
u
至s1的顺序，将各个所述子 集中的无人机分别分配至不同的信道中。
[0035]
可选地，所述按顺序分配信道模块，包括：
[0036]
第一信道分配子模块，用于将子集s
u
中的无人机分别分配至不同的信 道中；
[0037]
第二信道分配子模块，用于针对每个信道，基于所述信道中的当前无人 机的信道增益，按照从子集s
u
‑1至s1的顺序，将满足预设信道约束条件的无 人机分配到所述信道中；
[0038]
其中，所述预设信道约束条件表示如下：
[0039][0040]
其中，p
m
表示第m个无人机的初始发射功率，h
m
表示第m个无人机与 基站之间的期望信道增益；c为信道集合；m表示无人机集合；h
i
表示第i 个无人机的信道增益；为二进制变量，当第i个无人机分配给第n个信道 时，则否则，p
i
表示第i个无人机的发射功率；p
th
表示为区分 当前解码的信号与其他非解码信号所需的最小功率差。
[0041]
可选地，所述装置还包括：
[0042]
第一确定模块，用于确定所述信道增益最小的无人机的传输速率与预设 速率阈值相等时对应的功率表达式；
[0043]
第二确定模块，用于根据所述功率表达式和所述信道增益最小的无人机 的信号增益，确定所述信道增益最小的无人机的初始发射功率；
[0044]
第三确定模块，用于将所述信道增益最小的无人机的初始发射功率确定 为各个所述无人机的初始发射功率。
[0045]
可选地，所述装置还包括：
[0046]
分配结果输出模块，用于输出所述无人机与所述信道的对应关系。
[0047]
一种功率控制装置，所述装置包括：
[0048]
信道分配模块，用于获取与基站通信连接的各个所述无人机的信道信 息，并根据所述信道信息确定所述无人机的信道增益g
m
；将与基站通信连接 的无人机按照信道增益的降序顺序进行排序，将排序后的所述无人机划分为 u个子集，得到无人机集合s＝{s1,s2,
…
,s
n
,
…
,s
u
}；按照从子集s
u
至s1的顺 序，将各个所述子集中的无人机分别分配至不同的信道中；其中，|c|是所述基站的信道数；m是与基站通信连接的无人机的数 量；
[0049]
功率确定模块，用于针对各个所述信道，根据传输速率与信道增益以及 初始发射功率之间的关系，确定各个所述无人机的目标发射功率，以使所述 无人机按照所述目标发射功率发送数据。
[0050]
可选地，所述功率确定模块，包括：
[0051]
传输速率函数确定模块，用于根据所述传输速率与信道增益以及初始发 射功率之间的关系确定传输速率函数；
[0052]
拉格朗日函数转换模块，用于将所述传输速率函数转换为拉格朗日对偶 形式，得到拉格朗日函数；
[0053]
函数求解模块，用于对所述拉格朗日函数进行求解，得到所述无人机的 目标发射功率。
[0054]
可选地，所述函数求解模块，包括：
[0055]
异步更新模块，用于采用异步更新方法对所述拉格朗日函数的拉格朗日 乘子进行更新；
[0056]
目标发射功率确定模块，用于将所述拉格朗日乘子不再变化时对应的发 射功率确定为所述目标发射功率。
[0057]
一种电子设备，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并能够在所 述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如 上所述的信道分配方法或功率控制方法的步骤。
[0058]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程 序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的信道分配方法或功率控 制方法的步骤。
[0059]
本技术具有以下优点：
[0060]
在本技术提供的一种信道分配方法的实施例中，基站包括|c|个信道， 基站与m个无人机通信连接，且通过获取各个无人机的信道信 息，并根据信道信息确定无人机的信道增益g
m
；将m个无人机按照信道增益 的降序顺序进行排序，将排序后的m个无人机划分为u个子集，得到无人 机集合s＝{s1,s2,
…
,s
n
,
…
,s
u
}；按照从子集s
u
至s1的顺序，将各个子集中的 无人机分别分配至不同的信道中；可以适应多无人机网络中信道状态快速变 化的特点，满足并发数据传输要求的信道分配，实现网络吞吐量的最大化。
[0061]
在本技术提供的一种功率控制方法的实施例中，通过信道分配方法实施 例确定各个信道对应的无人机；针对各个信道，根据传输速率与信道增益以 及初始发射功率之间的关系，确定各个无人机的目标发射功率，以使无人机 按照目标发射功率发送数据；可以很好地适应当前网络的信道状态，减少解 码信号的错误率，提高整个网络的性能。
附图说明
[0062]
为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对本技术的描述中所需要 使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的 一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0063]
图1是本技术实施例的一种信道分配方法的步骤流程图；
[0064]
图2是本技术实施例的一种功率控制方法的步骤流程图；
[0065]
图3是本技术实施例的一种信道分配装置的结构框图；
[0066]
图4是本技术实施例的一种功率控制装置的结构框图。
具体实施方式
[0067]
为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图 和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例是本 申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域 普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属 于本技术保护的范围。
[0068]
参照图1，示出了本技术一实施例提供的一种信道分配方法的步骤流程 图，该方法可以应用于基站，该基站与至少两个无人机通信连接。本技术实 施例中的无人机也可以可以是用户设备、接入终端、用户单元、用户站、移 动站、移动台、远方站、远程终端、移动设备、用户终端、终端、无线通信 设备、用户代理或用户装置。无人机还可以是蜂窝电话、无绳电话、会话启 动协议(sessioninitiation protocol，sip)电话、无线本地环路(wireless local loop， wll)站、个人数字助理(personal digital assistant，pda)、具有无线通信功能 的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备、车载设备、 可穿戴设备，未来5g网络中的终端设备或者未来演进的公用陆地移动通信 网络(public land mobile network，plmn)中的终端设备等。本技术实施例对 此并不限定。
[0069]
在本实施例中，基站包括|c|个信道，所述基站与m个无人机通信连接， 且该方法具体可以包括如下步骤：
[0070]
步骤101，获取各个所述无人机的信道信息，并根据所述信道信息确定 所述无人机的信道增益g
m
；
[0071]
步骤102，将m个所述无人机按照信道增益的降序顺序进行排序，将排 序后的m个所述无人机划分为u个子集，得到无人机集合 s＝{s1,s2,
…
,s
n
,
…
,s
u
}；
[0072]
步骤103，按照从子集s
u
至s1的顺序，将各个所述子集中的无人机分 别分配至不同的信道中。
[0073]
本实施例中，基站包括|c|个信道，基站与m个无人机通信连接，且 通过获取各个无人机的信道信息，并根据信道信息确定无人机 的信道增益g
m
；将m个无人机按照信道增益的降序顺序进行排序，将排序后 的m个无人机划分为u个子集，得到无人机集合s＝{s1,s2,
…
,s
n
,
…
,s
u
}；按 照从子集s
u
至s1的顺序，将各个子集中的无人机分别分配至不同的信道中； 可以适应多无人机网络中信道状态快速变化的特点，满足并发数据传输要求 的信道分配，实现网络吞吐量的最大化。
[0074]
下面，将对本示例性实施例中信道分配方法作进一步地说明。
[0075]
在步骤101中，获取各个所述无人机的信道信息，并根据所述信道信息 确定所述无人机的信道增益g
m
。
[0076]
一个上行链路的noma网络，由多个无人机和一个地面基站组成。多 个无人机在区域内均匀分布，所有无人机可以访问全球导航卫星系统。通过 全球导航卫星系统可以为无人机提供时间同步和地理位置服务。每个无人机 和基站装备单个天线，所有无人机共享相同的网络带宽资源。
[0077]
本实施例利用ofdm(orthogonal frequency division multiplexing，正 交频分复用)技术将基站的带宽资源划分为|c|个信道，用c表示所有信道 的集合，c
n
表示第n个信道，每个信道带宽规约化为1。每个信道可以允许 接入的无人机的最大数量阈值相等，采用
k表示每个信道允许接入的无人机 的最大数量阈值，本实施例中，k≥2，且可以理解，在实际应 用中，各个信道实际接入的无人机的数量应当小于或等于k。因此，在现有 技术中，对无人机分配信道时，或者说，在为信道分配无人机时，只要信道 中的无人机数量没有达到最大数量阈值k，都有可能被分配无人机。由于各 个信道提供的带宽资源相同，而各个无人机需要的带宽资源一般不同，因此， 容易导致各个信道中的无人机数量以及需要的总带宽资源差异较大，进而导 致个别信道带宽资源不足引起数据丢包，而个别信道带宽资源过剩的情况发 生，不能实现网络吞吐量的最大化。
[0078]
在本实施例中，无人机的移动服从相同的分布模型。无人机可以周期性 向基站发送请求数据包，请求数据包包括信道信息和发射功率。
[0079]
当基站接收无人机发送的请求数据包后，可以从请求数据包中提取信道 信息和发射功率。
[0080]
信道信息可以包括无人机与基站的距离、无人机的移动方向、以及无人 机的移动速度等。根据预设概率密度函数和路径损失函数可以计算各个无人 机的信道增益，为了方便后续描述和理解，无人机的信道增益用g
m
表示第m 个无人机的信道增益。
[0081]
在步骤102中，将m个所述无人机按照信道增益的降序顺序进行排序， 将排序后的m个所述无人机划分为u个子集，得到无人机集合 s＝{s1,s2,
…
,s
n
,
…
,s
u
}。
[0082]
在本实施例中，m个无人机可以构成集合m，也就是说，将与基站通讯 连接的所有无人机都放到集合m中，集合m的元素个数即m的基数|m|用 m表示。
[0083]
在一个上行noma系统中，基站对每个信道的叠加信号根据信道增益 值的降序一次进行解码，因此，信道增益最大的信号先被解码，而其他信道 则被视为干扰信号。根据步骤101可以确定每个无人机的信道增益g
m
，即每 个无人机发送信号的信道增益，因此，可以将信道增益进行降序排序，得到 信号的解码序列g＝{g1,g2,
…
,g
m
}，其中，g1≥g2≥
…
≥g
m
。
[0084]
根据解码序列对集合m中的m个无人机进行排序，可以理解，排序后 的集合m中序号越小的无人机，其信道增益越大。
[0085]
具体地，用uav表示无人机，则排序后的集合m可以表示为：m＝{uav1， uav2，uav3，
…
uav
m
}，其中，uav1的信道增益对应g1，uav2的信道增 益对应g2，uav
m
的信道增益对应g
m
。
[0086]
将排序后的集合m中的m个无人机划分为u个子集，本实施例中， 可以将各个信道中无人机的数量差异控制在最小。划分后的u 个子集的集合可以用s表示，因此，可以得到无人机集合 s＝{s1,s2,
…
,s
n
,
…
,s
u
}，各个子集的子集序号与其在排序后的集合m中的位置 关系相关，即子集s1＝{uav1，
…
uav
|c|
}，s2＝{uav
|c|+1
，
…
uav
2|c|
}，
…ꢀ
s
u
＝{uav
u|c|+1
，
…
uav
m
}。子集s
u
中的无人机数量小于或等于信道数量|c|， 其他子集中的无人机数量等于信道数量|c|。
[0087]
在步骤103中，按照从子集s
u
至s1的顺序，将各个所述子集中的无人 机分别分配至不同的信道中。
[0088]
由于每个信道中最后解码的信号是信道增益最小的信号，该只包含环境 噪声σ2，而其他信号在解码时需要考虑比其信道增益小的信号带来的干扰。 为了确保基站处每个信道分配的无人机发送的信号可以正常解码，本实施例 按照信道增益从小到大的顺序，从
子集s
u
开始依次将各个子集中的无人机 分配至不同的信道中，减少信道之间实际所需的带宽资源的差距，从而提高 整体的网络性能。
[0089]
在具体实现中，先对子集s
u
中的无人机进行分配，将子集s
u
中的无人 机分别分配至不同的信道中，针对每个信道，基于当前信道中已分配的无人 机，将子集s
u
‑1中的无人机分别分配至不同信道中，使得每个无人机在对应 的信道中都可以正确解码，即针对每个信道，基于当前信道中已分配的无人 机和预设信道约束条件，从子集s
u
‑1中确定一个满足预设信道约束条件的无 人机添加到该信道中；以此类推，最后基于当前信道中已分配的无人机，将 子集s1中的无人机分别分配至不同信道中，由于每个子集中的无人机数量小 于等于信道数量|c|，因此，可以确保同一个子集中的无人机不会被分配至 同一个信道中，并且确保每一个无人机都对应且仅对应唯一一个信道。
[0090]
其中，预设信道约束条件可以表示如下：
[0091][0092]
该信道约束条件表示基站处对正确解码叠加信号的sic要求，即当前解 码信道与其他非解码信号的最小功率差要大于0。其中，p
m
表示第m个无人 机的初始发射功率，h
m
表示第m个无人机与基站之间的期望信道增益；c为 信道集合；m表示无人机集合；h
i
表示第i个无人机的信道增益；为二进 制变量，当第i个无人机分配给第n个信道时，则否则，p
i
表 示第i个无人机的发射功率；p
th
表示为区分当前解码的信号与其他非解码信 号所需的最小功率差。
[0093]
本实施例从信道增益最小的信号出发，按照信道增益从小到大的顺序依 次为各个信道分配无人机，也可以说，按照信道增益从小到大的顺序依次为 各个无人机分配信道，可以快速得到分配结果。
[0094]
为了使得分配结果可以更好地确保网络最优化，在本实施例中，可以确 定所述信道增益最小的无人机的传输速率与预设速率阈值相等时对应的功 率表达式；根据所述功率表达式和所述信道增益最小的无人机的信号增益， 确定所述信道增益最小的无人机的初始发射功率；将所述信道增益最小的无 人机的初始发射功率确定为各个所述无人机的初始发射功率。
[0095]
具体地，信道增益最小的无人机的传输速率与预设速率阈值相等时对应 的功率表达式为：根据所述功率表达式和所述信道增益最 小的无人机的信号增益，确定所述信道增益最小的无人机的初始发射功率， 得到即，将p
m
作为所有无人机的初始发射功 率。
[0096]
可选地，可以预先构建无人机集合m＝{m1,m2,
…
,m
n
,
…
,m
c
}，其中，m
n
为信道c
n
中所有无人机集合，初始时每个子集m
n
都为空。
[0097]
对于任意一个子集m
n
，可以将子集s
u
中的第n个无人机添加到该子集 m
n
中。
[0098]
示例性地，当信道数量为3，无人机数量为14时，对应地，u＝5，集合 s＝{s1，s2，s3，s4，s5}，其中，s1＝{uav1，uav2，uav3}，s2＝{uav4，uav5， uav6}，s3＝{uav7，uav8，uav9}，s4＝
{uav
10
，uav
11
，uav
12
}，s5＝{uav
13
， uav
14
}，uav1至uav
14
按照信道增益降序排序，即uav1的信道增益最大， 而uav
14
的信道增益最小。无人机集合m＝{m1，m2，m3}，
[0099]
根据上述步骤103，先将子集s5中的无人机分别分配至不同的信道中， 具体地，由于uav
13
可以认为是子集s5中的第一个无人机，而uav
14
可以认 为是子集s5中的第二个无人机，因此，可以将子集s5中的第一个无人机uav
13
分配至第一个信道中，将第二个无人机uav
14
分配至第二个信道中，此时， m1＝{uav
13
}，m2＝{uav
14
}，m3＝{}。
[0100]
针对集合m1，依次从从子集s4、s3、s2、s1中选择符合预设信道约束条 件的一个无人机添加到集合m1中，得到最终的集合m1，最终的集合m1中 的无人机数量为5；同理，可以得到最终的集合m2和集合m3。最终的集合m2中的无人机数量为5，最终的集合m3中的无人机数量为4，即所有的无 人机都分配完毕。
[0101]
进一步地，当为所有无人机分配完信道后，可以输出信道分配结果，即 输出所述无人机与所述信道的对应关系，即输出集合m；并且按照信道分配 结果为无人机分配对应的信道，以使得无人机的发送信号在对应的信道中传 递。
[0102]
需要说明的是，由于上述实施例是针对k≥2，且时的处理 场景；在本技术另一实施例中，当m≤|c|时，即信道的数量大于或等于无人 机的数量，则可以直接利用ofdma技术将无人机分配到不同的信道中，同 时每个无人机可以用其最大发射功率p
max
传输信号，以使网络吞吐量达到最 大值。
[0103]
本实施例中，基站包括|c|个信道，基站与m个无人机通信连接，且 通过获取各个无人机的信道信息，并根据信道信息确定无人机 的信道增益g
m
；将m个无人机按照信道增益的降序顺序进行排序，将排序后 的m个无人机划分为u个子集，得到无人机集合s＝{s1,s2,
…
,s
n
,
…
,s
u
}；无 人机集合s中，除子集s
u
外，其他子集中的无人机数量等于信道数量|c|； 将子集s
u
中的无人机分别分配至不同的信道中；针对每个信道，基于信道 中的当前无人机的信道增益，按照从子集s
u
‑1至s1的顺序，将满足预设信道 约束条件的无人机分配到信道中；可以适应多无人机网络中信道状态快速变 化的特点，满足并发数据传输要求的信道分配，实现网络吞吐量的最大化。
[0104]
为了方便本领域技术人员的理解，下面将对本技术实施例中信道分配方 法进行进一步说明。
[0105]
为提高基站处信号成功解码率，基站在为每个信道中的无人机分配功率 时，需要满足如下条件：
[0106][0107]
其中，p
th
>0，p
th
表示为当前解码的信号与其他非解码信号所需的最小 功率差。
[0108]
具体地，基于二进制变量和初始发射功率p
m
，可以得到uav
m
的传输 速率r
m
，对应的传输速率模型的具体形式如下：
[0109][0110]
其中，σ2表示加性高斯白噪声功率值的方差。
[0111]
为了方便计算，本实施例可以定义为uav
m
的标准化信道增 益，则上述无人机的传输速率模型可以表示如下：
[0112][0113]
信道中最后一个被解码的信号对应的无人机的传输速率为 r
f
＝log2(1+p
f
g
f
)。
[0114]
因此，考虑仅存在环境噪声干扰的情况下无人机达到给定速率阈值时的 发射功率值，即可以得到uav
m
的的初始发射功率为 [0115]
为了达到网络最优性能，把问题形式为吞吐量最大化形式，因此，可以 预先构建网络吞吐量最大化目标函数，该目标函数可以表示如下：
[0116][0117][0118][0119][0120][0121][0122][0123]
其中，c为所有信道的集合，c
n
表示第n个信道，每个信道带宽规约化 为1；为二进制变量，如果uav
m
分配给信道c
n
，则二进制变量否 则，例如，当uav1分配给信道c2则，则二进制变量而二进制 变量r
m
为第m个无人机的传输速率；为第m个无人机给定的速率 阈值；p
m
表示第m个无人机的初始发射功率，h
m
表示第m个无人机与基站 之间的期望信道增益；h
i
表示第i个无人机的信道增益；p
i
表示第i个无人 机的发射功率；p
th
表示为区分当前解码的信号与其他非解码信号所需的最小 功率差。
[0124]
在本实施例中，为了保证基站处解码信号的正确率，假设uav
m
的传输 速率r
m
大于
给定速率阈值因此，本实施例中的无人机均满足约束条 件(5)。约束条件(6)是表示基站处对正确解码叠加信号的sic要求。约 束条件(7)用于限制无人机的最大发射功率，即无人机的初始发射功率要 小于或等于最大发射功率，最大发射功率可以是无人机在出厂时就确定好 的，也可以是根据实际需求预先设定好的，本技术不做限制。约束条件(8) 表示任意一个无人机只能在一个信道上传输信号。约束条件(9)表示在保 证解码正确率的前提下，一个信道上最多同时有k个无人机发送信号，即信 道中无人机的最大数量阈值。
[0125]
通过分析上述的目标函数可知，优化问题(4)—(10)是minlp(mixedinteger nonlinear programming，混合整数非线性规划)问题，其在理论上已 被证明是np
‑
hard(non
‑
deterministic polynomial，所谓的非确定性)问题。 因此需要找到一种方法既能对noma信道分配和每架无人机的功率进行优 化又能最大化网络吞吐量。
[0126]
在本实施例中，为了使得到的近似解趋近于最优解，利用约束条件(5) 中的等式关系，考虑仅存在环境噪声干扰的情况下无人机达到给定速率阈值 时的发射功率值，可以得到任意一个无人机的初始发射功率。
[0127]
在本实施例中，假设每个无人机具有相同的传输速率阈值r
th
，可以把信 道增益最小的无人机的初始发射功率作为所有无人机的初始发射功率，即将 uav
m
的初始发射功率作为所有无人机的初始 发射功率。本实施例在为无人机设定初始发射功率时，考虑了约束条件对初 始发射功率的影响，因此，可以进一步确保最终结果的可靠性。
[0128]
在确定无人机的初始发射功率后，把初始发射功率作为功率控制问题的 可行解，并求解整数规划问题。当m个无人机的初始发射功率确定后，代 入到优化问题(4)—(10)中，可以得到信道分配函数，如下：
[0129][0130][0131][0132][0133][0134]
由于基站对每个信道的叠加信号根据信道增益的降序依次进行解码，因 此，信道增益最大的先被解码，而其他信号则被视为干扰信号。因此，本申 请实施例将多个无人机按照对应的信道增益的降序顺序进行排序，得到排序 后的无人机集合。
[0135]
然后，将排序后的无人机集合划分为u个子集，得到无人机集合 s＝{s1,s2,
…
,s
n
,
…
,s
u
}，在集合s中，子集s1＝{uav1，
…
uav
|c|
}，s2＝{uav
|c|+1
，
…
uav
2|c|
}，
…
s
u
＝{uav
u|c|+1
，
…
uav
m
}，uav1的信道增益对应g1，uav2的信道增益对应g2，uav
m
的信道增益对应g
m
；满足g1≥g2≥
…
≥g
m
。
[0136]
按照子集s
u
至子集s1的顺序，依次为每个信道分配对应的无人机，直 至子集s1中的无人机全部分配完毕。可以理解，将集合s的各个子集中的无 人机分别分配至不同的信道中。并且在分配过程中，满足上述约束条件(6)。 本实施例可以有效提高算法的收敛速度，减少算法实施的时间复杂度。
[0137]
当所有无人机都分配完信道后，输出信道分配结果，即无人机与信道的 对应关系，并且按照信道分配结果为无人机分配对应的信道。
[0138]
参照图2，示出了本技术一实施例提供的一种功率控制方法的步骤流程 图，该方法可以应用于基站，该基站与至少两个无人机通信连接。本技术实 施例中的无人机也可以可以是用户设备、接入终端、用户单元、用户站、移 动站、移动台、远方站、远程终端、移动设备、用户终端、终端、无线通信 设备、用户代理或用户装置。无人机还可以是蜂窝电话、无绳电话、会话启 动协议(sessioninitiation protocol，sip)电话、无线本地环路(wireless local loop， wll)站、个人数字助理(personal digital assistant，pda)、具有无线通信功能 的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备、车载设备、 可穿戴设备，未来5g网络中的终端设备或者未来演进的公用陆地移动通信 网络(public land mobile network，plmn)中的终端设备等。本技术实施例对 此并不限定。
[0139]
该方法具体可以包括如下步骤：
[0140]
步骤201，确定各个信道对应的无人机；其中，确定各个信道对应的无 人机包括：采用上一实施例提供的信道分配方法确定各个信道对应的无人 机；
[0141]
步骤202，针对各个所述信道，根据传输速率与信道增益以及初始发射 功率之间的关系，确定各个所述无人机的目标发射功率，以使所述无人机按 照所述目标发射功率发送数据。
[0142]
在本技术实施例中，通过信道分配方法实施例确定各个信道对应的无人 机；针对各个信道，根据传输速率与信道增益以及初始发射功率之间的关系， 确定各个无人机的目标发射功率，以使无人机按照目标发射功率发送数据； 可以很好地适应当前网络的信道状态，减少解码信号的错误率，提高整个网 络的性能。
[0143]
下面，将对本示例性实施例中功率控制方法作进一步地说明。
[0144]
在步骤201中，根据上一实施例提供的信道分配方法确定各个所述无人 机对应的信道，得到各个所述信道对应的无人机。
[0145]
本实施例通过上一实施例提供的信道分配方法，可以确定各个无人机对 应的信道，进而也可以确定各个信道对应的无人机。具体的确定过程可以参 见上一实施例的描述，在此不再赘述。
[0146]
在步骤202中，针对各个所述信道，根据传输速率与信道增益以及初始 发射功率之间的关系，确定各个所述无人机的目标发射功率，以使所述无人 机按照所述目标发射功率发送数据。
[0147]
在本实施例中，为了达到网络最优性能，把问题形式为吞吐量最大化形 式，因此，可以预先构建网络吞吐量最大化目标函数，该目标函数可以参见 上一实施例的描述，在此不再赘述。
[0148]
基于各个信道对应的无人机可以对目标函数进行简化，得到与功率相关 的功率目标函数，该功率目标函数表示如下：
[0149][0150][0151][0152][0153]
约束条件(5)表示无人机的传输速率不超过给定速率阈值；约束条件 (7)用于限制无人机的最大发射功率，即无人机的初始发射功率要小于或 等于最大发射功率，最大发射功率可以是无人机在出厂时就确定好的，也可 以是根据实际需求预先设定好的，本技术不做限制；约束条件(13)是约束 条件(6)简化后的表示。
[0154]
在一个上行noma系统中，基站在对信道中的叠加信号解码时，会根 据信道增益值的降序依次解码，因此，信道增益值最大的信号先被解码，在 解码该信号时，其他信号会被视为干扰信号。也就是说，信道中第一个被解 码的信号不会对其他信号造成干扰，因此，可以把信道中第一个被解码的信 号对应的无人机的发射功率设置为最大值，即p
max
。同一个信道中的多个无 人机按照信道增益从大到小的顺序依次确定对应的目标发射功率，其中，信 道增益最大的无人机的目标发射功率是无人机的最大发射功率，该最大发射 功率可以由相关人员经验确定，也可以根据无人机设备型号参数确定。
[0155]
由于信道划分利用ofdma技术，可以仅考虑一个信道的功率分配方 法，其他信道使用相同的方法达到功率优化目标。对于任一信道，包含u个 无人机，可以对同一信道中的无人机进行重新编号。
[0156]
由于功率目标函数(12)为非凸函数，且存在约束条件(5)、(7)及 (13)，使得难以得到功率目标函数(12)的最优值。因此，本实施例对功 率目标函数(12)进行变换，可以得到近似函数，即无人机的传输速率与目 标发射功率的函数关系，具体表示如下：
[0157][0158]
其中，α
m
和β
m
均是与uav
m
相关的常量。为了便于求解，在后续求解 过程中，可以将表达式(14)中的约等号看做等号，将表达式(14)确定为 本实施例的传输速率函数。
[0159]
为了快速求得传输速率函数的最优值，本实施例将传输速率函数转换为 对应的拉格朗日对偶形式，得到拉格朗日函数。
[0160]
具体地，该拉格朗日函数表示如下：
[0161][0162]
其中其中为拉格朗日乘子。
[0163]
根据数学中拉格朗日函数的求解方法可以得到各个无人机的目标发射 功率，并将该目标发射功率发送至对应的无人机，以使无人机按照目标发送 功率发送信号；从而实现网络最优性能。
[0164]
进一步地，由于数据在传输过程中难免会有丢失或延迟的情况发生，为 了能够更好地适用于多无人机场景动态变化的信道状态，在本技术一可选实 施例中，在对所述拉格朗日函数进行求解，得到所述无人机的目标发射功率 的过程中，采用异步更新方法对所述拉格朗日函数的拉格朗日乘子进行更 新；将所述拉格朗日乘子不再变化时对应的发射功率确定为所述目标发射功 率。
[0165]
具体地，可以定义变量τ(t)为在迭代序列t上的投影，即离t最近一次迭 代的序号。利用τ(t)代替当前迭代序列，如果基站正确接收到了无人机的数 据，则τ(t)＝t，拉格朗日乘子的更新表达式如下：
[0166][0167][0168][0169]
其中ε，ξ和ζ为步长因子。利用得到的λ
m
(t+1)、μ
m
(t+1)、ν
m
(t+1)和一 阶导数法，当时，可以得到各个无人机在t+1时刻 的最优发射功率，当拉格朗日乘子不再变化时对应的最优发射功率即为无人 机的目标发射功率。
[0170]
在确定无人机的目标发射功率后，将目标发射功率发送至对应的无人 机，以使无人机按照目标发射功率发射数据，可以有效提高网络吞吐量，实 现网络性能的最优化。
[0171]
在本技术实施例中，通过信道分配方法实施例确定各个信道对应的无人 机；针对各个信道，根据传输速率与信道增益以及初始发射功率之间的关系， 确定各个无人机的目
标发射功率，以使无人机按照目标发射功率发送数据； 在确定目标发射功率的过程中，采用异步更新机制优化功率，有效地提高了 算法的收敛速度，减少算法实施的时间复杂度，更好地适应当前网络的信道 状态，减少解码信号的错误率，提高整个网络的性能。
[0172]
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系 列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术实施例并不受所描述 的动作顺序的限制，因为依据本技术实施例，某些步骤可以采用其他顺序或 者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例 均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本技术实施例所必须的。
[0173]
参照图3，示出了本技术实施例提供的一种信道分配装置的结构框图， 该装置可以应用于基站，在本实施例中，基站包括|c|个信道，所述基站与m 个无人机通信连接，且该装置具体可以包括如下模块：
[0174]
信道增益获取模块301，用于获取各个所述无人机的信道信息，并根据 所述信道信息确定所述无人机的信道增益g
m
；
[0175]
无人机排序模块302，用于将m个所述无人机按照信道增益的降序顺序 进行排序，将排序后的m个所述无人机划分为u个子集，得到无人机集合 s＝{s1,s2,
…
,s
n
,
…
,s
u
}；
[0176]
按顺序分配信道模块303，用于按照从子集s
u
至s1的顺序，将各个所 述子集中的无人机分别分配至不同的信道中。
[0177]
可选地，所述按顺序分配信道模块303，包括：
[0178]
第一信道分配子模块，用于将子集s
u
中的无人机分别分配至不同的信 道中；
[0179]
第二信道分配子模块，用于针对每个信道，基于所述信道中的当前无人 机的信道增益，按照从子集s
u
‑1至s1的顺序，将满足预设信道约束条件的无 人机分配到所述信道中；
[0180]
其中，所述预设信道约束条件表示如下：
[0181][0182]
其中，p
m
表示第m个无人机的初始发射功率，h
m
表示第m个无人机与 基站之间的期望信道增益；c为信道集合；m表示无人机集合；h
i
表示第i 个无人机的信道增益；为二进制变量，当第i个无人机分配给第n个信道 时，则否则，p
i
表示第i个无人机的发射功率；p
th
表示为区分 当前解码的信号与其他非解码信号所需的最小功率差。
[0183]
可选地，所述装置还包括：
[0184]
第一确定模块，用于确定所述信道增益最小的无人机的传输速率与预设 速率阈值相等时对应的功率表达式；
[0185]
第二确定模块，用于根据所述功率表达式和所述信道增益最小的无人机 的信号增益，确定所述信道增益最小的无人机的初始发射功率；
[0186]
第三确定模块，用于将所述信道增益最小的无人机的初始发射功率确定 为各个所述无人机的初始发射功率。
[0187]
可选地，所述装置还包括：
[0188]
分配结果输出模块，用于输出所述无人机与所述信道的对应关系。
[0189]
参照图4，示出了本技术实施例提供的一种功率控制装置的结构框图， 该装置可以应用于基站，在本实施例中，基站包括|c|个信道，所述基站与m 个无人机通信连接，且该装置具体可以包括如下模块：
[0190]
信道分配模块401，用于获取各个所述无人机的信道信息，并根据所述 信道信息确定所述无人机的信道增益g
m
；将m个所述无人机按照信道增益的 降序顺序进行排序，将排序后的m个所述无人机划分为u个子集，得到无 人机集合s＝{s1,s2,
…
,s
n
,
…
,s
u
}；按照从子集s
u
至s1的顺序，将各个所述子 集中的无人机分别分配至不同的信道中；
[0191]
功率确定模块402，用于针对各个所述信道，根据传输速率与信道增益 以及初始发射功率之间的关系，确定各个所述无人机的目标发射功率，以使 所述无人机按照所述目标发射功率发送数据。
[0192]
其中，所述信道分配模块401可以是上述实施例中的信道分配装置。
[0193]
可选地，所述功率确定模块402，包括：
[0194]
传输速率函数确定模块，用于根据所述传输速率与信道增益以及初始发 射功率之间的关系确定传输速率函数；
[0195]
拉格朗日函数转换模块，用于将所述传输速率函数转换为拉格朗日对偶 形式，得到拉格朗日函数；
[0196]
函数求解模块，用于对所述拉格朗日函数进行求解，得到所述无人机的 目标发射功率。
[0197]
可选地，所述函数求解模块，包括：
[0198]
异步更新模块，用于采用异步更新方法对所述拉格朗日函数的拉格朗日 乘子进行更新；
[0199]
目标发射功率确定模块，用于将所述拉格朗日乘子不再变化时对应的发 射功率确定为所述目标发射功率。
[0200]
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较 简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0201]
本技术实施例还公开了电子设备，包括处理器、存储器及存储在所述存 储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处 理器执行时实现如上所述实施例的信道分配方法或功率控制方法的步骤。
[0202]
本技术实施例还公开了计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质 上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述实施例的 信道分配方法或功率控制方法的步骤。
[0203]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明 的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见 即可。
[0204]
本领域内的技术人员应明白，本技术实施例的实施例可提供为方法、装 置、或计算机程序产品。因此，本技术实施例可采用完全硬件实施例、完全 软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术实施例 可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介 质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程 序产品的形式。
[0205]
本技术实施例是参照根据本技术实施例的方法、终端设备(系统)、和计 算机程序
产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令 实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框 图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、 专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生 一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的 指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或 多个方框中指定的功能的装置。
[0206]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理 终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读 存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个 流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0207]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设 备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计 算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用 于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中 指定的功能的步骤。
[0208]
尽管已描述了本技术实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦 得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以， 所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术实施例范围的所 有变更和修改。
[0209]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语 仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求 或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术 语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而 使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素， 而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物 品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一 个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终 端设备中还存在另外的相同要素。
[0210]
以上对本技术所提供的一种信道分配方法、功率控制方法及相应的信道 分配装置、功率控制装置、电子设备和存储介质，进行了详细介绍，本文中 应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明 只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技 术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处， 综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。