基于定時機制的全局最優(yōu)中繼位置搜尋方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術領域，尤其涉及一種基于定時機制的全局最優(yōu)中繼位置 搜尋方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 通信中繼用來轉發(fā)不同的節(jié)點之間發(fā)出的信息，擴大了通信范圍，提高了通信系 統(tǒng)的性能。陸地無線電通信很容易被障礙物遮擋和屏蔽，飛機、衛(wèi)星及無人機（Unmanned AerialVehicles，UAVs)可以充當通信中繼，因為機載中繼可以在崎岷的山區(qū)或市區(qū)有效 地為需要相互通信的雙方建立起連接。近年來，使用無人機作為通信中繼的問題已吸引不 少學者的關注和研究，同時其應用也十分廣泛。
[0003] 現(xiàn)有的應用于移動中繼位置搜尋的算法主要有：如圖la，基于GPS去測量源端（S) 和目的端（D)的位置信息，移動中繼再利用該信息去搜尋最佳中繼位置；基于擾動的極值 搜索控制（ExtremumSeekingControl，ESC)算法；如圖lb，基于機載多天線的算法。現(xiàn) 有的移動中繼位置搜尋算法都可以使移動中繼找到最佳的中繼位置，但是這些算法的適用 范圍也存在一定的不足和缺陷，主要體現(xiàn)在：（1)源端（S)和目的端（D)都需要GPS來測量 自身的位置并將該位置信息告知移動中繼，也就是說，在這樣的中繼通信系統(tǒng)中，源端（S)、 目的端（D)和移動中繼三者都需要依賴GPS，而依賴于GPS容易受到攻擊，也可能遭受GPS 欺騙或干擾而導致中繼通信失敗，更重要的是，在很多特殊情況下通信雙方?jīng)]有GPS功能 或者GPS設備已損壞，如自然災害導致GPS設備損壞。（2)使用機載多天線對信號到達角 (D0A)進行估計來搜尋最佳中繼位置，容易出現(xiàn)估計誤差，且增加了無人機通信設備的復雜 度和算法復雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種基于定時機制的全局最優(yōu)中繼位置搜 尋方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有移動中繼在中繼位置尋找過程中依賴GPS，使用機載天線容易 導致估計誤差的問題。
[0005] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于定時機制的全局最優(yōu)中繼位置搜尋方法，步驟包 括：
[0006] 步驟A，單個移動中繼位于測試場所的固定高度平面內(nèi)的任意位置開始測試，以起 始位置為初始化位置，將所述初始化位置記錄為已知最佳位置并存在移動中繼的內(nèi)存中， 然后接收來自源端發(fā)送的測試信號并進行放大，將放大的測試信號轉發(fā)至目的端，目的端 計算第一次接收到的信號通信性能，并將所述第一次接收到的信號通信性能記錄為已知最 佳通信性能保存在目的端的內(nèi)存中；
[0007] 步驟B，目的端根據(jù)每次接收到的信號計算通信性能，并根據(jù)計算的通信性能與保 存的已知最佳接收信號通信性能的比較結果生成單比特信息反饋至所述移動中繼；所述單 比特信息包括性能是否提高的信息，所述已知最佳接收信號通信性能為已測試的最好通信 性能；
[0008] 步驟C，所述移動中繼根據(jù)反饋的單比特信息計算下一時刻位置并移動至該下一 時刻位置，然后接收來自源端發(fā)送的測試信號并進行放大，將放大的測試信號轉發(fā)至目的 端，重復步驟B-C，直至找到全局最優(yōu)中繼位置。
[0009] 進一步地，步驟B中，目的端根據(jù)接收的信號計算通信性能，然后將所述通信性能 與自身內(nèi)存保存的已知最佳接收信號的通信性能進行比較，根據(jù)比較結果更新內(nèi)存中保存 的已知最佳接收信號的通信性能，并生成單比特信息反饋至所述移動中繼。
[0010] 進一步地，步驟C具體包括：
[0011] 步驟C1，所述移動中繼根據(jù)反饋的單比特信息計算下一時刻位置并移動至該下一 時刻位置，接收來自源端發(fā)射的測試信號并放大轉發(fā)至目的端，然后返回步驟B，繼續(xù)進行 第一階段位置搜尋，直至確定第一階段最佳中繼位置然后結束第一階段位置搜尋；
[0012] 步驟C2,第一階段位置搜尋結束之后，移動中繼以所述第一階段最佳中繼位置為 起點開始進行第二階段位置搜尋，直至確定第二階段最佳中繼位置，所述第二階段最佳中 繼位置即為最終的在固定高度平面內(nèi)的全局最優(yōu)中繼位置。
[0013] 進一步地，步驟C1具體包括：
[0014] 步驟C11，所述移動中繼記錄其已知最佳位置，并設置第一階段搜尋時間閾值，所 述已知最佳位置用& (η)表示，η表示第η個時隙；
[0015] 步驟C12,所述移動中繼根據(jù)第一擾動步長計算下一時刻位置并移動到該下一時 刻位置，接收來自源端發(fā)射的測試信號并放大轉發(fā)至目的端，返回步驟Β;
[0016] 以咧（》+1)表示所述下一時刻位置，以^表示所述第一擾動步長，貝1J: 灼+I) = (α) +Δ,.,所述第一擾動步長的初始值預設為Δχ=(X。，〇, 〇);
[0017] 步驟C13,目的端計算新的接收信號的通信性能，根據(jù)計算出的通信性能與保存的 已知最佳接收信號的通信性能進行比較，若新的通信性能優(yōu)于已知最佳接收信號的通信性 能，則將所述新的接收信號的通信性能保存為已知最佳接收信號的通信性能，然后目的端 反饋單比特信息給所述移動中繼；若新的通信性能比已知最佳接收信號的通信性能差，則 保存的已知最佳接收信號的通信性能不變，然后目的端反饋單比特信息給所述移動中繼；
[0018] 步驟C14,所述移動中繼對所述單比特信息進行判斷；
[0019] 步驟C15,在判斷為接收信號性能提升時，將連續(xù)負反饋計數(shù)器清零，更新保存的 已知最佳中繼位置，并判斷是否結束第一階段位置搜尋；
[0020] 步驟C16,在判斷為接收信號性能未提升時，移動中繼返回上一時隙的位置，同時 連續(xù)負反饋計數(shù)器加1，第一擾動步長修改為上一時隙的第一擾動步長的相反數(shù)，并判斷連 續(xù)負反饋計數(shù)器是否達到預設的連續(xù)負反饋閾值；所述連續(xù)負反饋閾值設定為2;
[0021] 步驟C17,若判斷步驟C16中的連續(xù)負反饋計數(shù)器達到預設的連續(xù)負反饋閾值，則 連續(xù)負反饋計數(shù)器清零并減小第一擾動步長，然后判斷是否結束第一階段位置搜尋；
[0022] 步驟C18,若所述移動中繼的搜尋時間大于或者等于預設的第一階段搜尋時間 閾值，則結束第一階段位置搜尋，并將保存的已知最佳中繼位置作為第一階段最佳中繼位 置；
[0023] 若所述移動中繼的搜尋時間小于預設的第一階段搜尋時間閾值，則返回步驟C12 繼續(xù)搜尋。
[0024] 進一步地，步驟C2具體包括：
[0025] 步驟C21，移動中繼根據(jù)所述第一階段最佳中繼位置為起點，并設置第二階段搜尋 時間閾值；
[0026] 步驟C22,所述移動中繼根據(jù)第二擾動步長計算下一時刻位置并移動到該下一時 刻位置，繼續(xù)接收來自源端發(fā)射的測試信號并放大轉發(fā)至目的端；
[0027] 以％ (" + 1)表示下一時刻位置，以R2 (η)表示已知最佳中繼位置，Ay表示第 二擾動步長Ay，則：％(? + 1) =Λ\(?) +Δ,,:，所述第二擾動步長的初始值預設為Ay = (〇,y〇, 〇)；
[0028] 步驟C23,目的端計算新的接收信號的通信性能，根據(jù)計算出的通信性能與保存的 已知最佳接收信號的通信性能進行比較，若新的通信性能優(yōu)于已知最佳接收信號的通信性 能，則將所述新的接收信號的通信性能保存為已知最佳接收信號的通信性能，然后目的端 反饋單比特信息給所述移動中繼；若新的通信性能比已知最佳接收信號的通信性能差，則 保存的已知最佳接收信號的通信性能不變，然后目的端反饋單比特信息給所述移動中繼；
[0029] 步驟C24,所述移動中繼對所述單比特信息進行判斷；
[0030] 步驟C25,在判斷為接收信號性能提升時，將連續(xù)負反饋計數(shù)器清零，更新保存的 已知最佳中繼位置，并判斷是否結束第二階段位置搜尋；
[0031] 步驟C26,在判斷為接收信號性能未提升時，移動中繼返回上一時隙的位置，同時 連續(xù)負反饋計數(shù)器加1，第二擾動步長修改為上一時隙的第二擾動步長的相反數(shù)，并判斷連 續(xù)負反饋計數(shù)器是否達到預設的連續(xù)負反饋閾值；所述連續(xù)負反饋閾值設定為2;
[0032] 步驟C27,若判斷步驟C26中的連續(xù)負反饋計數(shù)器達到預設的連續(xù)負反饋閾值，則 連續(xù)負反饋計數(shù)器清零并減小第二擾動步長，然后判斷是否結束第二階段位置搜尋；
[0033] 步驟C28,若所述移動中繼的搜尋時間大于或者等于預設的第二階段搜尋時間閾 值，則結束第二階段位置搜尋，并將保存的已知最佳中繼位置作為第二階段的最佳中繼位 置，所述第二階段的最佳中繼位置即為最終的在固定高度平面內(nèi)的全局最優(yōu)中繼位置； [0034] 若所述移動中繼的搜尋時間小于等于預設的第二階段搜尋時間閾值，則返回步驟 C22〇
[0035] 本發(fā)明還提供了一種基于定時機制的全局最優(yōu)中繼位置搜尋系統(tǒng)，包括源端、單 個移動中繼和目的端；
[0036] 所述源端，用于發(fā)送測試信號至所述移動中繼；
[0037] 所述移動中繼，用于移動中繼位于測試場所的固定高度平面內(nèi)的任意位置開始測 試，以起始位置為初始化位置，將所述初始化位置記錄為已知最佳位置并存在自身的內(nèi)存 中，然后接收來自源端發(fā)送的測試信號并進行放大，將放大的測試信號轉發(fā)至目的端；