基于轨迹优化的无人机使能多址信道的基本速率极限
信息论
2020-01-17 v4 math.IT
摘要
本文研究一种无人机（UAV）使能的多址信道（MAC），其中多个地面用户向空中的移动无人机发送各自的信息。我们考虑线性拓扑场景，这些用户位于一条直线上，无人机在连接它们的直线上方以固定高度飞行。在此设置下，我们在用户的各自最大功率约束和无人机的最大飞行速度约束下，联合优化一维（1D）无人机轨迹和无线资源分配，以揭示无人机使能 MAC 的基本速率极限。首先，我们考虑在无人机接收端采用连续干扰消除（SIC）的容量可达非正交多址（NOMA）传输。在这种情况下，我们在速率分布约束下通过最大化用户的平均和速率来刻画容量域。为最优求解这一高度非凸问题，我们将原始的速度约束轨迹优化问题转化为可通过拉格朗日对偶分解最优求解的无速度约束问题。严格证明最优 1D 轨迹解遵循连续悬停-飞行（SHF）结构。接下来，我们考虑两种正交多址（OMA）传输方案，即频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）。我们通过联合优化 1D 轨迹设计和无线资源（频率/时间）分配来最大化两种情况下的可达速率域。结果表明最优轨迹解仍遵循 SHF 结构，但悬停位置不同。最后，数值结果表明，所提出的最优轨迹设计相对于其他基准方案获得了可观的速率增益，且 NOMA 实现的容量域显著优于 FDMA 和 TDMA 的速率域。
引用
@article{arxiv.1904.08305,
title = {Fundamental Rate Limits of UAV-Enabled Multiple Access Channel with Trajectory Optimization},
author = {Peiming Li and Jie Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.08305},
year = {2020}
}
备注
To appear in IEEE Transactions on Wireless Communications