基于无线光通信的无人机集群部署方法、装置及电子设备

本技术涉及无人机通信，特别涉及一种基于无线光通信的无人机集群部署方法、装置及电子设备。

背景技术：

1、对于利用uavs(unmanned aerial vehicles，无人机)进行按需无线通信的兴趣日益增长，在临时热点区域或人口密集的城市环境中，无人机利用其适应性和灵活性，为每个用户提供最低数据速率保证，此外，无人机可以部署为空中基站或中继设备，作为备用的通信基础设施，以应对地面基站损坏或不可用的情况。

2、相关技术中，对于无人机的部署可以通过单一起降点部署的方式，所有无人机都从同一个起点起飞并返回到同一个降落点，也可以通过区域化部署的方式，将空域划分为多个区域，每个区域只允许部署一定数量的无人机，进而综合考虑通信需求和性能，能够实现无人机通信的目的。

3、然而，相关技术中，无人机集群部署中容易出现碰撞和信号干扰，可能导致数据传输错误或中断，降低数据的准确性和完整性，造成任务失败，增加安全风险，降低通信可靠性，并导致资源浪费，亟待改进。

技术实现思路

1、本技术提供一种基于无线光通信的无人机集群部署方法、装置及电子设备，以解决相关技术中，由于无人机集群部署中容易出现碰撞和信号干扰，可能导致数据传输错误或中断，降低数据的准确性和完整性，造成任务失败，增加安全风险，降低通信可靠性，并导致资源浪费等问题。

2、本技术第一方面实施例提供一种基于无线光通信的无人机集群部署方法，包括以下步骤：基于无人机与用户之间的服务关联，确定多用户之间的多址接入方式；利用无线光通信的预设优化约束和优化目标，优化所述无人机的二维位置和高度，得到最终的无人机位置；结合所述多址接入方式，根据所述最终的无人机位置生成相应的多用户信号传输策略，并按照所述多用户信号传输策略进行信号传输。

3、可选地，在本技术的一个实施例中，所述无线光通信的频段包括红外光频段、可见光频段和紫外光频段的至少之一，所述无线光通信的光源包括发光二极管光源和激光光源的至少之一。

4、可选地，在本技术的一个实施例中，在确定所述多用户之间的多址接入方式之前，还包括：基于视距路径的信道状态信息，结合发射机和接收机的位置信息，计算所述无人机到所有用户的视距路径信道增益；利用所述视距路径信道增益进行优化，得到所述服务关联，以匹配最佳多址接入方式。

5、可选地，在本技术的一个实施例中，所述利用所述视距路径信道增益进行优化，包括：针对预设目标，采用预设优化算法对用户分组进行优化，其中，所述预设目标包括无线光通信系统的误码率最小化、信道容量最大化、可达速率最大化、能量效率最大化、所需能耗最小化和多用户最小速率最大化中的至少之一。

6、可选地，在本技术的一个实施例中，所述多址接入方式包括非正交多址接入方式和正交多址接入方式；其中，所述非正交多址接入方式包括功率域非正交多址接入方式、码域非正交多址接入方式、稀疏编码多址接入方式中的至少之一；所述正交多址接入方式包括时域正交接入方式、频域正交接入方式、正交频分多址接入方式中的至少之一。

7、可选地，在本技术的一个实施例中，所述预设优化约束包括光信号的非负实数约束、发射总功率约束、非正交多址接入功率分配系数约束、多用户和速率约束和单用户速率约束中的至少之一；所述优化目标包括无线光通信系统的误码率最小化、信道容量最大化、可达速率最大化、能量效率最大化、所需能耗最小化和多用户最小速率最大化中的至少之一。

8、可选地，在本技术的一个实施例中，所述结合所述多址接入方式，根据所述最终的无人机位置生成相应的多用户信号传输策略，包括：基于视距路径的信道状态信息，结合发射机和接收机的位置信息、所述服务关联和信道增益，对多用户信号传输策略进行优化，得到最优的资源分配比。

9、本技术第二方面实施例提供一种基于无线光通信的无人机集群部署装置，包括：分组模块，用于基于无人机与用户之间的服务关联，确定多用户之间的多址接入方式；优化模块，用于利用无线光通信的预设优化约束和优化目标，优化所述无人机的二维位置和高度，得到最终的无人机位置；通信模块，用于结合所述多址接入方式，根据所述最终的无人机位置生成相应的多用户信号传输策略，并按照所述多用户信号传输策略进行信号传输。

10、可选地，在本技术的一个实施例中，所述无线光通信的频段包括红外光频段、可见光频段和紫外光频段的至少之一，所述无线光通信的光源包括发光二极管光源和激光光源的至少之一。

11、可选地，在本技术的一个实施例中，还包括：计算模块，用于在确定所述多用户之间的多址接入方式之前，基于视距路径的信道状态信息，结合发射机和接收机的位置信息，计算所述无人机到所有用户的视距路径信道增益；匹配模块，用于利用所述视距路径信道增益进行优化，得到所述服务关联，以匹配最佳多址接入方式。

12、可选地，在本技术的一个实施例中，所述匹配模块包括：第一优化单元，用于针对预设目标，采用预设优化算法对用户分组进行优化，其中，所述预设目标包括无线光通信系统的误码率最小化、信道容量最大化、可达速率最大化、能量效率最大化、所需能耗最小化和多用户最小速率最大化中的至少之一。

13、可选地，在本技术的一个实施例中，所述多址接入方式包括非正交多址接入方式和正交多址接入方式；其中，所述非正交多址接入方式包括功率域非正交多址接入方式、码域非正交多址接入方式、稀疏编码多址接入方式中的至少之一；所述正交多址接入方式包括时域正交接入方式、频域正交接入方式、正交频分多址接入方式中的至少之一。

14、可选地，在本技术的一个实施例中，所述预设优化约束包括光信号的非负实数约束、发射总功率约束、非正交多址接入功率分配系数约束、多用户和速率约束和单用户速率约束中的至少之一；所述优化目标包括无线光通信系统的误码率最小化、信道容量最大化、可达速率最大化、能量效率最大化、所需能耗最小化和多用户最小速率最大化中的至少之一。

15、可选地，在本技术的一个实施例中，所述通信模块包括：第二优化单元，用于基于视距路径的信道状态信息，结合发射机和接收机的位置信息、所述服务关联和信道增益，对多用户信号传输策略进行优化，得到最优的资源分配比。

16、本技术第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的基于无线光通信的无人机集群部署方法。

17、本技术第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的基于无线光通信的无人机集群部署方法。

18、本技术第五方面实施例提供一种计算机程序，所述计算机程序被执行时，以用于实现如上的基于无线光通信的无人机集群部署方法。

19、本技术实施例可以基于无人机与用户之间的服务关联，确定多用户之间的多址接入方式，利用无线光通信的预设优化约束和优化目标，优化无人机的二维位置和高度，得到最终的无人机位置，并结合多址接入方式，根据最终的无人机位置生成相应的多用户信号传输策略，进行信号传输，从而可以有效降低无线光通信系统的均方误差和误码率，有效增加基于无线光通信的无人机集群系统的信道容量，能够降低传输功率，扩大覆盖范围，增强抗干扰能力，并提升多用户接入能力。由此，解决了相关技术中，由于无人机集群部署中容易出现碰撞和信号干扰，可能导致数据传输错误或中断，降低数据的准确性和完整性，造成任务失败，增加安全风险，降低通信可靠性，并导致资源浪费等问题。

20、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。