含禁飞区不确定环境下多用户MISO无人机通信：鲁棒轨迹与资源分配设计
信号处理
2019-05-29 v2 信息论
math.IT
摘要
本文研究多用户下行多输入单输出(MISO)无人机(UAV)通信系统的鲁棒资源分配算法设计，其中我们考虑了此类系统中不可避免且若不加处理会严重劣化系统性能的各种不确定性。我们联合优化无人机的二维(2-D)轨迹与发射波束赋形矢量以最小化总功耗。该算法设计被表述为一个非凸优化问题，考虑了由无人机抖动引起的离角(AoD)不完全已知、用户位置不确定性、风速不确定性以及多边形禁飞区(NFZs)。尽管该优化问题非凸，我们借助单调优化理论与半定规划松弛对其最优求解，得到最优的2-D轨迹与波束赋形策略。由于所开发的最优资源分配算法计算复杂度高，我们还提出了一种基于连续凸近似的次优迭代低复杂度方案，以在最优性与计算复杂度之间取得平衡。我们的仿真结果不仅揭示了所提算法相较两种基线方案的显著节能效果，也证实了它们针对无人机抖动、风速不确定性与用户位置不确定性的鲁棒性。此外，我们的结果揭示风速不确定性与NFZs的共同存在对无人机轨迹有可观影响。然而，通过所提鲁棒设计抵消风速不确定性，我们能在最小化无人机总功耗的同时确保不侵入任何NFZ的安全轨迹。
引用
@article{arxiv.1905.10731,
title = {Multiuser MISO UAV Communications in Uncertain Environments with No-fly Zones: Robust Trajectory and Resource Allocation Design},
author = {Dongfang Xu and Yan Sun and Derrick Wing Kwan Ng and Robert Schober},
journal= {arXiv preprint arXiv:1905.10731},
year = {2019}
}
备注
30 pages, 11 figures, submitted to TCOM