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Distributed UAVs Placement Optimization for Cooperative Communication Otimização de posicionamento de UAVs distribuídos para comunicação cooperativa

Zhaoyang HOU, Zheng XIANG, Peng REN, Qiang HE, Ling ZHENG

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Resumo:

Neste artigo é estudada a comunicação cooperativa distribuída de veículos aéreos não tripulados (VANTs), onde o número de condição (CN) e o produto interno (InP) são utilizados para medir a qualidade dos links de comunicação. Ao otimizar a posição relativa dos UAVs, é possível obter grande capacidade de canal e links de comunicação estáveis. Usando o modelo de onda esférica sob o canal de linha de visão (LOS), a expressão CN da matriz do canal é derivada quando há Nt transmissores e dois receptores no sistema. A fim de maximizar a capacidade do canal, derivamos a equação de restrição de posição dos UAVs (UAVs-PCE), e a restrição entre a distância dos elementos BS e o comprimento de onda da portadora é analisada. O resultado mostra que há uma área onde não importa como as posições dos UAVs sejam ajustadas, o CN ainda é muito grande. Em seguida, um cenário especial é considerado onde os UAVs formam uma rede retangular, e a restrição ideal entre a distância de comunicação e a distância dos UAVs é derivada. Depois disso, derivamos o InP da matriz do canal e a expressão gradiente do InP em relação à posição dos UAVs. O algoritmo de otimização por enxame de partículas (PSO) é usado para minimizar o CN e o algoritmo de descida gradiente (GD) é usado para minimizar o InP, otimizando a posição dos UAVs iterativamente. Ambos os algoritmos apresentam grande potencial para otimizar o CN e o InP respectivamente. Além disso, um algoritmo híbrido denominado PSO-GD combinando as vantagens dos dois algoritmos é proposto para maximizar a capacidade de comunicação com menor complexidade. Simulações mostram que PSO-GD é mais eficiente que PSO e GD. O PSO ajuda o GD a romper com o extremo local e fornece melhores posições para o GD, e o GD pode convergir rapidamente para uma solução ótima usando as informações de gradiente baseadas nas melhores posições. As simulações também revelam que um canal melhor pode ser obtido quando esses parâmetros satisfazem a equação de restrição de posição dos UAVs (UAVs-PCE), enquanto a análise teórica também explica os fenômenos anormais nas simulações.

Publicação
IEICE TRANSACTIONS on Communications Vol.E104-B No.6 pp.675-685
Data de publicação
2021/06/01
Publicitada
2020/12/08
ISSN online
1745-1345
DOI
10.1587/transcom.2020EBP3117
Tipo de Manuscrito
PAPER
Categoria
Tecnologias de comunicação sem fio

autores

Zhaoyang HOU
  Xidian University
Zheng XIANG
  Xidian University
Peng REN
  Xidian University
Qiang HE
  Xidian University
Ling ZHENG
  Xi'an University of Post and Telecommunications

Palavra-chave