基于連續負反饋變步長的最佳中繼位置搜尋方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及通信技術領域，尤其設及基于連續負反饋變步長的最佳中繼位置捜尋 方法及系統。
【背景技術】
[0002] 通信中繼可W用來轉發不同的節點之間發出的信息，擴大了通信范圍，提高了通 信系統的性能。
[0003] 陸地無線電通信容易被障礙物遮擋和屏蔽，飛機、衛星及無人機化VAs)可W充當 通信中繼，因為機載中繼可W在崎帳的山區或者市區有效地為需要互相通信的雙方建立起 連接。運些年來，使用無人機作為通信中繼的問題已經吸引不少學者的關注和研究，同時其 應用也十分廣泛。
[0004] 現有的應用于無人機中繼位置捜尋的算法主要有:利用GPS測量地面通信單元的 位置信息并被無人機利用捜尋最佳中繼位置;基于擾動的極值捜索控制算法，基于機載多 天線的算法等等。現有的無人機中繼位置捜尋算法，在各自的基礎上都可W使無人機找到 最佳的中繼位置，但是運些算法或適用范圍也存在一定的不足和缺陷，主要體現在：
[0005] 1、地面通信單元需要利用自身的GI^功能測量自己的位置信息并把該信息發送給 無人機，依賴GPS功能容易受到攻擊和干擾而導致位置捜尋失敗；
[0006] 2、對于沒有GI^功能或者GI^設備已損壞的地面通信單元，現有的一些算法是無法 使用的，因此，現有的算法的使用受限；
[0007] 3、機載多天線相比于單天線增加了無人機的復雜性，且不可避免的會有角度估計 誤差，同時也增加了算法的復雜性。
【發明內容】
[000引本發明實施例提供了一種基于連續負反饋變步長的最佳中繼位置捜尋方法及系 統，用于解決現有技術中須獲知源端和目的端的位置信息才能夠確定中繼位置帶來的使用 受限和誤差大等問題。
[0009] 本發明實施例提供的基于連續負反饋變步長的最佳中繼位置捜尋方法，包括：
[0010] 步驟A，移動中繼在固定軌道的任意位置上，接收來自源端發送的測試信號，并放 大轉發至目的端；
[0011] 步驟B，所述目的端接收所述移動中繼發來的信號并計算本次通信性能，所述通信 性能包括:信噪比和誤碼率，并根據計算結果與已保存的已知最佳中繼位置的通信性能進 行比較，W及生成一比特信息反饋至所述移動中繼，所述一比特信息表示當前通信性能與 已保存的已知最佳中繼位置的通信性能的比較結果，所述已知最佳中繼位置為已測試的通 信性能最好的位置；
[0012] 步驟C，所述移動中繼記錄當前位置信息，并根據所述一比特信息及隨機擾動步長 和修正因子移動到下一個位置，并返回步驟A，直至最終確定最佳中繼位置，所述最佳中繼 位置為:在預設的捜尋時長內通信性能最好的位置，或者，所述移動中繼移動完整個所述固 定軌道時通信性能最好的位置，或者，所述通信性能滿足系統設定要求的位置。
[0013] 本發明實施例提供的基于連續負反饋變步長的最佳中繼位置捜尋系統，包括：
[0014] 所述捜尋系統包括移動中繼、源端和目的端；
[0015] 其中，所述移動中繼在固定軌道的任意位置上，接收來自所述源端發送的測試信 號，并放大轉發至所述目的端；
[0016] 所述目的端接收所述移動中繼發來的信號并計算本次通信性能，所述通信性能包 括:信噪比和誤碼率，并根據計算結果與已保存的已知最佳中繼位置的通信性能進行比較， W及生成一比特信息反饋至所述移動中繼，所述一比特信息表示當前通信性能與已保存的 已知最佳中繼位置的通信性能的比較結果，所述已知最佳中繼位置為已測試的通信性能最 好的位置；
[0017] 所述移動中繼記錄當前位置信息，并根據所述一比特信息、隨機擾動步長和修正 因子移動到下一個位置，并再次執行接收來自所述源端發送的測試信號，并放大轉發至所 述目的端的步驟，直至最終確定最佳中繼位置，所述最佳中繼位置為:在預設的捜尋時長內 通信性能最好的位置，或者，所述移動中繼移動完整個所述固定軌道時通信性能最好的位 置，或者，所述通信性能滿足系統設定要求的位置。
[0018] 從W上技術方案可W看出，本發明實施例具有W下優點：通過移動中繼接收測試 信號，并發送給目的端進行當前位置和已知最佳中繼位置的通信性能的計算和比較，根據 目的端反饋的比較結果W及隨機擾動步長和修正因子，移動到下一個中繼位置，并返回執 行移動中繼接收信號的步驟，通過循環上述的過程使得移動中繼能夠在基于步長不斷移動 到下一個中繼位置的過程中，逐漸接近最佳中繼位置，并確定最佳中繼位置，該方法可提高 中繼通信的性能，且無需獲得源端和目的端的位置信息，無需多天線，且只需要目的端反饋 一比特信息給移動中繼進行捜尋控制，依然可在預定軌跡范圍內確定最佳中繼位置點，擴 大了適用范圍。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明實施例中最佳中繼位置確定系統的通信模型的示意圖；
[0020] 圖2為本發明實施例中基于連續負反饋變步長的移動中繼最佳中繼位置捜尋方法 的流程的一個示意圖；
[0021] 圖3為本發明實施例中移動中繼的移動角度與信號的信噪比的對應關系的仿真 圖；
[0022] 圖4為本發明實施例中時隙數與信噪比的對應關系的仿真圖；
[0023] 圖5為本發明實施例中W誤碼率確定最佳中繼位置時，移動角度與信噪比之間的 對應關系的仿真圖；
[0024] 圖6為本發明實施例中W誤碼率確定最佳中繼位置時，時隙數與誤碼率之間的對 應關系的仿真圖。
[0025] 圖7為本發明實施例中基于連續負反饋變步長的移動中繼最佳中繼位置捜尋系統 的結構的示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 為更進一步闡述本發明為實現預定發明目的所采取的技術手段及功效，W下結合 附圖及較佳實施例，對依據本發明的【具體實施方式】、結構、特征及其功效，詳細說明如后。
[0027] 請參閱圖1，為本發明實施例中最佳中繼位置確定系統的通信模型的實施例，包 括:源端，移動中繼及目的端。
[0028] 在圖1中，Ri表示移動中繼，S表示源端，D表示目的端。
[0029] 其中，源端和目的端可W是兩個不同的地面通信單元，該地面通信單元可W是各 種類型的無線通信收發設備，例如可W是手機、終端、基站等等，或者還可W是其他移動中 繼。
[0030] 在本發明實施例中，是W源端作為信號發射端，目的端作為信號接收端為例進行 描述的，在實際應用中，源端和目的端均可W作為信號發射端和信號接收端。
[0031 ] 如圖1所示，在=維坐標系中移動中繼采用的柱坐標系的參數，且其坐標為(r，0， Z)，其中r為移動中繼在xoy平面上的運動半徑，即Ri\0表示柱坐標的原點。
[0032] 移動中繼運行是有固定軌道的，它沿著預定軌道Wr為半徑進行運動，因此，在本 發明實施例中，是在Wr為半徑構成的圓上尋找移動中繼的最佳中繼位置。其中，0為從正Z 軸來看自X軸逆時針方向轉到OR/所轉過的角，Z則表示移動中繼的高度。
[0033] 在本發明實施例中，移動中繼在第t時隙的坐標為(r，0(t)，z)，在第t+l時隙的坐 標為(r，0(t+l)，z)。
[0034] 其中，柱坐標系(r，0，z)與空間直角坐標系(x，y，z)的轉換關系如下： x-rcm$
[0035] 少'=rsi:n# .否=.'么
[0036] 在第t時隙，移動中繼(r，0 (t)，Z)離源端(Xs，ys，Zs)及目的端(Xd，yd，Zd)的通信距 離分別是：
[0038] 其中，山表示移動中繼與源端之間的通信距離，Cb表示移動中繼與目的端之間的通 信距離。
[0039] 需要說明的是，=維坐標系中的原點是固定的，因此，可W確定移動中繼的運動軌 跡的半徑和高度。下面將詳細描述本發明實施例中基于連續負反饋變步長的最佳中繼位置 捜尋方法的實施例，請參閱圖2，包括：
[0040] 步驟A、移動中繼在固定軌道的任意位置上，接收來自源端發送的測試信號，并放 大轉發至目的端。
[0041] 在第t時隙，源端將向移動中繼發送用于測試通信性能的測試信號，且移動中繼在 接收到該測試信號之后將對該測試信號進行放大，并將放大后得到的信號轉發給目的端， 需要說明的是，由于信號在傳輸過程中存在衰減及噪聲，源端發送的測試信號，與移動中繼 接收到的測試信號不是完全一樣的，且移動中繼在接收到測試信號之后，還將對接收到的 測試信號進行放大處理，因此，移動中繼接收到的信號與移動中繼發送的信號也不是一樣 的。
[0042] 需要說明的是，在移動中繼開始捜尋之前，移動中繼初始化其自身的位置信息。源 端向移動中繼發送一個測試信號，移動中繼將把接收到的測試信號轉發給目的端，其中該 轉發的步驟實際包含了對信號的放大及轉發，使得該目的端計算初始通信性能，并保存為 該目的端的初始記錄。
[0043] 其中，測試信號是用于測試通信性能的信號，能夠幫助移動中繼捜尋到最佳中繼 位置，可W在該信號中攜帶用來測試通信性能的數據，且在移動中繼捜尋到最佳中繼位置 之前，源端發送的都是測試信號，只有在移動中繼找到最佳中繼位置之后，源端才將發送真 正有用的數據。
[0044] 步驟B、該目的端接收該移動中繼發來的信號并計算本次通信性能，該通信性能包 括信噪比、誤碼率，并根據計算結果與已保存的已知最佳中繼位置的通信性能進行比較，W 及生成一比特信息反饋至該移動中繼。
[0045] 目的端接收到該信號之后計算本次通信性能，包括計算本次通信的信噪比或誤碼 率，將計算出來的本次通信性能與已保存的已知最佳中繼位置的通信性能進行比較，該已 知最