一种基于相控阵捷变波束的上行信道资源分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于相控阵捷变波束的上行信道资源分配方法，本发明专利技术方法首先以最小化加权业务拒绝量为准则，为相控阵波束服务的每个波位分配相应的时隙数量，从而提高卫星通信中相控阵上行资源利用率；为了进一步提高利用率，充分利用相控阵波束可重构优势，通过形成双指向波束，同时服务两个波位，来综合利用两个波位的资源，提高服务效率。用相控阵作为卫星通信上行波束时，与在各波位间均匀分配时隙资源相比，本发明专利技术能大幅提高资源利用率。对于一个相控阵波束服务两个波位时，在不同的业务分布情况下，通过仿真得知本发明专利技术方法业务拒绝量能下降0～35％不等。

An Uplink Channel Resource Allocation Method Based on Phased Array Agile Beam

The invention discloses an upstream channel resource allocation method based on phased array agile beams. Firstly, the method allocates corresponding slots for each wavefront serving phased array beams according to the criterion of minimizing the weighted service rejection, thereby improving the utilization rate of the upstream resources of phased array in satellite communications; in order to further improve the utilization rate, it makes full use of the phased array beams to be reusable. By forming a dual-directional beam and serving two wavebands at the same time, we can make full use of the resources of the two wavebands and improve the service efficiency. When the phased array is used as the upstream beam of satellite communication, compared with the uniform allocation of time slot resources among the wave positions, the present invention can greatly improve the utilization rate of resources. For a phased array beam serving two wavebands, the simulation results show that the service rejection of the method can be reduced by 0-35% under different service distributions.

【技术实现步骤摘要】
一种基于相控阵捷变波束的上行信道资源分配方法
本专利技术涉及卫星通信
，特别涉及一种基于相控阵捷变波束的上行信道资源分配方法。
技术介绍
MF-TDAM(多频时分多址)技术是卫星通信中的关键技术之一。目前卫星通信中，基于MF-TDMA多址方式的上行资源分配算法主要是针对固定波束的。RCP-fit(Reservechannelwithpriority)算法是一种典型的MF-TDMA信道资源分配算法，其通过带优先级的信道预留来减少时隙碎片提高资源利用率，但其不涉及相控阵服务时多波位间的时隙分配。卫星通信具有覆盖范围广、不受地理条件影响等优势，在未来通信中发挥重要的作用，其与地面移动通信形成优势互补。卫星通信中，当卫星波束数量给定时，采用传统多波束存在覆盖范围与覆盖强度间的矛盾，当增加覆盖区域范围就将减小波束增益，反之亦然。随着相控阵技术的成熟，越来越多的将相控阵技术应用到卫星通信中，通过利用相控阵波束的捷变能力，分时覆盖不同的区域，能有效的解决波束覆盖范围和波束增益间的矛盾。然而在采用相控阵波束捷变服务多波位区域时，由于每个业务波位的终端数可能各不相同，且各终端的数据传输需求量也不同，因此，若为每个波位分配相同的时隙数，并不能充分利用卫星资源、满足用户需求。为了在不同的用户空间分布、不同的用户业务速率需求、不同的用户优先级情况下，提供通信服务，最大化的利用上行波束时隙、频域资源并提高服务满意度，需要对上行波束的使用模式及波位的时隙进行优化分配。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术提供了一种基于相控阵捷变波束的上行信道资源分配方法。本专利技术的技术方案如下：一种基于相控阵捷变波束的上行信道资源分配方法，包括如下步骤：1)将相控阵波束的服务区域分为若干波位；2)统计波位内每个终端的终端负载；3)根据最小化加权业务拒绝量准则在每帧中为各波位分配驻留时隙数；4)统计资源利用率最高的波位k1与资源利用率最低的波位k2，并比较将波位k1与波位k2合并与不合并时的加权业务拒绝总量；5)若合并后的加权业务拒绝总量降低，则合并波位后重复步骤4)；否则，时隙分配完成。上述技术方案中，本专利技术方法首先以最小化加权业务拒绝量为准则，为相控阵波束服务的每个波位分配相应的时隙数量，从而提高卫星通信中相控阵上行资源利用率；为了进一步提高利用率，充分利用相控阵波束可重构优势，通过形成双指向波束，同时服务两个波位，来综合利用两个波位的资源，提高服务效率。用相控阵作为卫星通信上行波束时，与在各波位间均匀分配时隙资源相比，本专利技术能大幅提高资源利用率。对于一个相控阵波束服务两个波位时，在不同的业务分布情况下，通过仿真得知本专利技术方法业务拒绝量能下降0～35％不等。优选地，步骤2)所述终端负载是指终端每帧平均需要的时隙数，其计算方法如下：其中，di为终端i每次业务申请的平均持续帧数，li为终端i每次业务申请在每帧中的平均持续时长，τi为终端i申请的平均到达间隔，Nk为波位k中包含的终端数。优选地，步骤3)具体如下：每帧中的时隙数为L，波位个数为K，每个波位分配到的时隙分别为α1,α2,...,αK，定义代价函数f(α1,α2,...,αK)，当α1+α2+...+αK＝L，且使得f(α1,α2,...,αK)最小时，α1,α2,...,αK即为根据最小化加权业务拒绝量准则所得的最优时隙分配。进一步地，所述代价函数f(α1,α2,...,αK)的计算方法如下：i＝1,2,...,Nk，k＝1,2,...,K；其中，Nk为波位k中包含的终端数，αk为波位k分配到的时隙，为波位k中第i个终端的终端负载，为波位k中第i个终端的重要性权值。优选地，步骤4)具体如下，令：则，波位k1与波位k2合并时的加权业务拒绝总量为：f′(αk1,αk2)＝-(f′k1+f′k2+g′)×mean_λk1k2；波位k1与波位k2不合并时的加权业务拒绝总量为：f(αk1,αk2)＝-(fk1+gk1)×mean_λk1+(fk2+gk2)×mean_λk2；其中，Nk1为波位k1中包含的终端数，Nk2为波位k2中包含的终端数，αk1为波位k1分配到的时隙，αk2为波位k2分配到的时隙，为波位k1中第i个终端的终端负载，为波位k2中第i个终端的终端负载，为波位k1中第i个终端的重要性权值，为波位k2中第i个终端的重要性权值。进一步地，比较将波位k1与波位k2合并与不合并时的加权业务拒绝总量时，若f′(αk1,αk2)＜f(αk1,αk2)则波位k1与波位k2共用时隙αk1,αk2，并调整各波位时隙顺序，使得时隙αk1与αk2相邻。进一步地，上述上行信道资源分配方法还包括：在每帧的时隙按α1,α2,...,αK分别分配给各波位后，采用RCP-fit算法为每个波位下的终端分配时隙资源。采用上述技术方案，本专利技术的积极效果是：本专利技术提供的基于相控阵捷变波束的上行信道资源分配方法，首先以最小化加权业务拒绝量为准则，为相控阵波束服务的每个波位分配相应的时隙数量，从而提高卫星通信中相控阵上行资源利用率；为了进一步提高利用率，充分利用相控阵波束可重构优势，通过形成双指向波束，同时服务两个波位，来综合利用两个波位的资源，提高服务效率。用相控阵作为卫星通信上行波束时，与在各波位间均匀分配时隙资源相比，本专利技术能大幅提高资源利用率。对于一个相控阵波束服务两个波位时，在不同的业务分布情况下，通过仿真得知本专利技术方法业务拒绝量能下降0～35％不等。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为本专利技术基于相控阵捷变波束的上行信道资源分配方法流程图。图2为本专利技术实施例中一个相控阵波束为多个波位提供上行服务示意图。图3为本专利技术实施例中相控阵波束分时服务多波位示意图。图4为本专利技术实施例中两波位合并前后时隙分配示意图。图5为本专利技术实施例中仿真1结果示意图。图6为本专利技术实施例中仿真2结果示意图。具体实施方式针对现有卫星通信中，当卫星波束数量给定时，采用传统多波束会存在覆盖范围与覆盖强度间的矛盾。当增加覆盖区域范围就将减小波束增益，增加波束增益将会减小覆盖范围的缺陷，本专利技术提供了一种基于相控阵捷变波束的上行信道资源分配方法。该方法首先以最小化加权业务拒绝量为准则，为相控阵波束服务的每个波位分配相应的时隙数量，从而提高卫星通信中相控阵上行资源利用率；为了进一步提高利用率，充分利用相控阵波束可重构优势，通过形成双指向波束，同时服务两个波位，来综合利用两个波位的资源，提高服务效率。本专利技术的基础技术方案包括如下步骤：1)将相控阵波束的服务区域分为若干波位；2)统计波位内每个终端的终端负载；3)根据最小化加权业务拒绝量准则在每帧中为各波位分配驻留时隙数；4)统计资源利用率最高的波位k1与资源利用率最低的波位k2，并比较将波位k1与波位k2合并与不合并时的加权业务拒绝总量；5)若合并后的加权业务拒绝总量降低，则合并波位后重复步骤4)；否则，时隙分配完成。上述技术方案中，本专利技术方法首先以最小化加权业务拒绝量为准则，为相控阵波束服务的每个波位分配相应的时隙数量，从而提高卫星通信中相控阵上行资源利用率；为了进一步提高利用率，充分利用相控阵波束可重构优势，通过形成双指向波束，同时服务两个波位，来综合利用两个波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相控阵捷变波束的上行信道资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将相控阵波束的服务区域分为若干波位；2)统计波位内每个终端的终端负载；3)根据最小化加权业务拒绝量准则在每帧中为各波位分配驻留时隙数；4)统计资源利用率最高的波位k1与资源利用率最低的波位k2，并比较将波位k1与波位k2合并与不合并时的加权业务拒绝总量；5)若合并后的加权业务拒绝总量降低，则合并波位后重复步骤4)；否则，时隙分配完成。

【技术特征摘要】
1.一种基于相控阵捷变波束的上行信道资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将相控阵波束的服务区域分为若干波位；2)统计波位内每个终端的终端负载；3)根据最小化加权业务拒绝量准则在每帧中为各波位分配驻留时隙数；4)统计资源利用率最高的波位k1与资源利用率最低的波位k2，并比较将波位k1与波位k2合并与不合并时的加权业务拒绝总量；5)若合并后的加权业务拒绝总量降低，则合并波位后重复步骤4)；否则，时隙分配完成。2.如权利要求1所述的上行信道资源分配方法，其特征在于，步骤2)所述终端负载是指终端每帧平均需要的时隙数，其计算方法如下：其中，di为终端i每次业务申请的平均持续帧数，li为终端i每次业务申请在每帧中的平均持续时长，τi为终端i申请的平均到达间隔，Nk为波位k中包含的终端数。3.如权利要求1所述的上行信道资源分配方法，其特征在于，步骤3)具体如下：每帧中的时隙数为L，波位个数为K，每个波位分配到的时隙分别为α1,α2,...,αK，定义代价函数f(α1,α2,...,αK)，当α1+α2+...+αK＝L,且使得f(α1,α2,...,αK)最小时，α1,α2,...,αK即为最小化加权业务拒绝量准则所得的最优时隙分配。4.如权利要求3所述的上行信道资源分配方法，其特征在于，所述代价函数f(α1,α2,...,αK)的计算方法如下：i＝1,2,...,Nk，k＝1,2...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳凯，王育强，唐海，陈实华，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51