摘要
随着5G通信的发展，无人机作为辅助通信的设备应用在通信领域，在一些特殊的场景如遭遇暴风雨雪，地震等灾害中，一些区域基础的通信基站被破坏，无人机可以利用其低功耗，机动性强的特点，帮助通信受损地区建立通信链路，恢复通信。无人机有限的续航能力和机载能力导致通信系统的通信时间和覆盖范围不充分。如何补足无人机这个缺点并延长通信系统的通信时间是本文的研究目标。功率分配和无人机的高机动性是无人机平衡各个通信链路的重要资源。本文研究联合优化无人机的功率分配和轨迹优化，并结合实际场景为背景，提出多无人机替换中继策略。 本文的具体研究内容包括以下几个方面： （1）提出无人机中继替换策略，即启发式无人机替换（HeuristicUAVSubstitutionSystem,HUS）策略和高频谱效率的无人机替换策略（SpectralEfficientUAVSubstitution,SEUS）策略。研究两种中继替换策略下的单用户中继通信问题，其目标是通过对源端节点和无人机中继的功率分配和优化无人机中继的轨迹，最大化端到端的吞吐量。由于所研究的问题是非凸的，我们把优化问题分成两部分子问题，并使用交替最大化和连续优化求近似解的优化技术，迭代求解直到收敛。仿真结果表明，SEUS策略明显优于HUS策略和其他的基准策略。 （2）研究无人机替换中继服务多用户通信系统的功率和轨迹优化。研究的是SEUS和HUS策略下无人机中继辅助多用户通信系统时，如何用联合功率分配和轨迹优化提高多个用户中继通信的性能。以最大化用户的最小平均速率为目标。采用连续交替优化和块坐标下降法，解决原问题的非凸性，并得到原问题的近似解。由实验得知基于SEUS策略的多用户中继通信网络与基于其他基准策略的网络有更高的用户最小平均速率性能。
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