一种基于毫米波的星群多波束接收的干扰抑制方法技术

本发明专利技术提出一种基于毫米波的星群多波束接收的干扰抑制方法，用于基于毫米波的星群通信系统中。本发明专利技术方法根据星群中所有卫星的位置信息，调整卫星的波束指向，以使得每个波束覆盖范围内只有一颗发送卫星或接收卫星，解决星间链路之间的相互干扰问题。本发明专利技术在信标间隔的关联波束赋形训练A‑BFT时隙内执行波束偏置；波束偏置是在卫星当前对准的波束方向上添加波束偏置角度；波束偏置角度以使得星群网路的可达速率最大，通过优化的遗传算法获得。本发明专利技术以资源管理的角度对卫星上有限的波束资源进行管理，通过优化的遗传算法计算每个波束的最佳指向，实现波束偏置，解决毫米波技术在星群移动通信中造成的星间链路间互相干扰的难题。

An Interference Suppression Method Based on Millimeter Wave for Star Cluster Multibeam Receiving

【技术实现步骤摘要】
一种基于毫米波的星群多波束接收的干扰抑制方法
本专利技术属于星间链路间互相干扰抑制
，涉及毫米波星群多波束接收中星间链路干扰抑制的方法。
技术介绍
毫米波是指频率在30GHz～300GHz，波长范围为1～10毫米的电磁波。利用毫米波频段中的大带宽，可以提供每秒千兆比特的传输速率，使其可以满足带宽密集型的多媒体应用。而由毫米波构成的星间链路具有通信容量大，抗干扰能力强，频谱资源相对比较充足的特点。因此毫米波通信被认为是卫星网络中最具前景的技术。小卫星星群是指由两类卫星组成的卫星系统，分别是位于卫星群中心的主星和分布在主星周围的辅星。组成星群的小卫星既能单独或协同完成通信、导航、遥感等常规任务，又能通过调度增强对热点地区的覆盖，实现资源利用最大化。相较于传统的单颗大卫星复杂的制造工艺、高昂的制造成本和漫长的开发周期，由多颗小卫星组成星群系统能够通过星间协作实现与大卫星同样的功能，同时组成星群的各个小卫星可以以互相替代、补充发射的方式增强卫星网络的灵活性、可靠性和抗干扰能力，拥有单颗大卫星不可比拟的优势。为了弥补毫米波波段传输过程中的高损耗，卫星将利用星载相控阵天线产生的定向窄波束进行星间通信。毫米波星群中引入的定向传输能够大大避免卫星工作在同一频段时带来的干扰问题，因此毫米波星群可以通过频谱共享，满足多个星群，卫星都共用同一个频段，来缓解频谱资源紧张问题。然而同时支持多颗卫星的通信系统又引入了新的问题。由于星群拓扑动态变化和卫星发送消息具有随机性。星群中会出现多颗卫星运动到某一颗卫星的同一扇区下，并同时向该卫星发送消息的情况。此时在接收卫星处会出现多个发送波束的重叠，造成星间链路间互相干扰的问题，极大的降低了星群的通信效率和网络性能，因此要求星群中的卫星具备干扰抑制技术，并且由于卫星上资源有限，卫星上具备的干扰抑制技术还应从资源管理的角度去实施。在干扰抑制方面，目前尚未有直接针对毫米波星群场景的研究，而地面通信系统(车联网、D2D、5G等场景)干扰抑制技术的研究相对成熟。只是由于卫星通信具有通信距离远，网络拓扑动态变化，以及资源和功率有限等特点，使得在地面场景下应用的技术在毫米波卫星网络中的适用性较为受限。参考文献1(CristinaPerfecto,JavierDelSer,MuhammadIkramAshraf,etal.BeamwidthOptimizationinMillimeterWaveSmallCellNetworkswithRelayNodes:ASwarmIntelligenceApproach.[J]EuropeanWireless2016:101-106.)提出了一种基于元启发式算法优化波束宽度方案。但该方案针对的场景为蜂窝系统，与本专利技术研究的卫星间的通信环境相比，基站之间的距离相对较近，分布密集，对于远距离通信的卫星而言，需要将波束宽度做到更窄才能降低干扰程度，因此在合理选择波束宽度方面还需做进一步考虑。参考文献2(GhaithHattab,EugeneVisotsky,MarkCudak,etal.InterferenceMitigationviaBeamRangeBiasingfor5GmmWaveCoexistencewithIncumbents.[J].IEEE5GWorldForum(5GWF)-SiliconValley,CA,USA.2018:210-214.)提出了为基站波束分配补偿或偏置值的方案，但该方案只考虑了基站侧的波束偏置，没有涉及用户侧在波束分配与偏置方面的改进，未保证用户的公平性，不能直接应用于本专利技术所要应用的场景。参考文献3(YuLi,ZufanZhang,WeiWang,etal.ConccurentTransmissionBasedStackelbergGameforD2DCommunicationsinmmWaveNetworks.[J].IEEEInternationalConferenceonCommunications.2017.)从时域的角度出发，提出了一种基于斯塔伯格博弈的时域资源共享方案。该方案仅验证了时域资源共享方案在端到端静态通信中的性能，在本专利技术的网络拓扑动态变化的卫星间通信还需做进一步研究。综上，对于设计应用于星群场景下的干扰抑制技术，必须充分考虑卫星的特点，技术的计算复杂度，资源利用的有效性，结果的准确性和应用的即时性都应纳入考虑范围。因此，由于星群拓扑动态变化以及卫星间消息发送的随机性，星群间会存在星间链路相互干扰的问题，干扰抑制技术是星群通信系统需要亟待解决的重要问题。
技术实现思路
本专利技术针对毫米波星群多波束接收中星间链路干扰抑制问题，提出一种基于波束域的波束偏置的干扰抑制方案，该方案可以在波束赋形阶段根据造成干扰的卫星信息，将已对准的波束进行偏置，并且从波束资源管理的角度利用优化的遗传算法提高波束偏置角度计算的效率及准确性，为在毫米波多波束接收场景下的星群的星间链路中存在的干扰问题提出一种有效的解决方案及思路。具体地，本专利技术提供了一种基于毫米波的星群多波束接收的干扰抑制方法，用于毫米波多波束接收场景下星群通信系统。在基于毫米波的星群通信系统中，位于星群中心的主星的每个扇区天线配备有多个波束，当多颗卫星运动到一颗主星的同一个扇区的覆盖范围内，并向该主星发送消息时，在主星处出现波束重叠。本专利技术方法根据星群中每颗卫星的位置信息，调整卫星的波束指向，以使得每个波束覆盖范围内只有一颗发送卫星或接收卫星。本专利技术包括如下步骤：在信标间隔的关联波束赋形训练A-BFT时隙内执行波束偏置；所述的波束偏置是在卫星当前对准的波束方向上添加波束偏置角度，即为发送卫星添加发送偏置角度，为接收卫星添加接收偏置角度。所述的波束偏置角度，以使得星群网路的可达速率最大，通过优化的遗传算法获得。所述的优化的遗传算法，以星群网路的可达速率为适应度函数，种群中的个体为发送卫星的波束偏置角度或接收卫星的波束偏置角度，种群中的个体数目A为2I，I为星群网路中发送卫星的数量；重复执行遗传算法Q次，Q＝A；每执行一次遗传算法得到一个最优种群，重复Q次后，得到Q个最优种群，再从中选出最优的结果，作为最终的波束偏置角度方案。每执行一次遗传算法都包括初始化群体，根据适应度选择种群，对种群中的个体进行交叉和变异操作，生成新的种群，最优解是指获得的适应度值最大的种群。本专利技术方法是基于波束域的波束偏置的干扰抑制技术，以资源管理的角度对卫星上有限的波束资源进行管理；通过优化的遗传算法计算每个波束的最佳指向，实现波束偏置，解决毫米波技术在星群移动通信中造成的星间链路间互相干扰的难题。本专利技术与现有技术相比，具有以下优势：(1)本专利技术通过在波束域采用波束偏置方法，保证接收卫星的每个波束覆盖范围内只有一颗发送卫星与其通信，保证发送卫星的波束范围内只有一颗接收卫星与其通信，从而解决星间链路之间的相互干扰问题；(2)本专利技术提出的波束偏置方法在每个A-BFT周期内完成，具有实时性，同时也为后续DTI周期内卫星间正常高效的通信提供了保障；(3)本专利技术为使得星上有限的波束资源得到有效利用，从资源管理的角度结合优化后的遗传算法，提高了波束偏置方案的计算速度和结果的准确性，保证了资源的利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于毫米波的星群多波束接收的干扰抑制方法，应用场景是：在基于毫米波的星群通信系统中，位于星群中心的主星的每个扇区天线配备有多个波束，当多颗卫星运动到一颗主星的同一个扇区的覆盖范围内，并向该主星发送消息时，在主星处出现波束重叠；其特征在于，所述方法根据星群中所有卫星的位置，调整卫星的波束指向，以使得每个波束覆盖范围内只有一颗发送卫星或接收卫星；所述方法包括：在信标间隔的关联波束赋形训练A‑BFT时隙内执行波束偏置；所述的波束偏置是在卫星当前对准的波束方向上添加波束偏置角度；所述的波束偏置角度，以使得星群网路的可达速率最大，通过遗传算法获得。

【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波的星群多波束接收的干扰抑制方法，应用场景是：在基于毫米波的星群通信系统中，位于星群中心的主星的每个扇区天线配备有多个波束，当多颗卫星运动到一颗主星的同一个扇区的覆盖范围内，并向该主星发送消息时，在主星处出现波束重叠；其特征在于，所述方法根据星群中所有卫星的位置，调整卫星的波束指向，以使得每个波束覆盖范围内只有一颗发送卫星或接收卫星；所述方法包括：在信标间隔的关联波束赋形训练A-BFT时隙内执行波束偏置；所述的波束偏置是在卫星当前对准的波束方向上添加波束偏置角度；所述的波束偏置角度，以使得星群网路的可达速率最大，通过遗传算法获得。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的波束偏置角度，通过优化的遗传算法来获得；优化的遗传算法中，以星群网路的可达速率为适应度函数，种群中...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔高峰，张雯，张尚宏，王卫东，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11