数字信道化卫星通信系统效益优化方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种数字信道化卫星通信系统效益优化方法及装置，涉及数字信道化通信卫星的技术领域，方法包括：获取数字信道化卫星通信系统模型的状态参数，根据状态参数确定系统效益的第一目标函数

Optimization method and device of digital channelized satellite communication system

The invention provides a method and device for optimizing the benefit of digital channelized satellite communication system, which relates to the technical field of digital channelized communication satellite. The method includes: obtaining the state parameters of digital channelized satellite communication system model, and determining the first objective function of system benefit according to the state parameters

【技术实现步骤摘要】
数字信道化卫星通信系统效益优化方法及装置
本专利技术涉及数字信道化通信卫星
，尤其是涉及一种数字信道化卫星通信系统效益优化方法及装置。
技术介绍
在通信卫星系统中，由于高功率放大器的非线性效应的存在，将会给下行信号带来增益压缩及交调效应，最终导致卫星转发器功率利用率及通信容量的下降。为解决上述问题，众多学者展开了大量工作。目前，这些研究工作仅仅致力于获得系统最小转发功率或最大通信容量，未考虑不同链路之间对通信容量的需求差异。现如今，卫星通信已成为5G技术的重要发展领域之一。在未来的商业运营中，不同链路将会依据其不同的容量需求采用不同的价格策略。因此如何合理地分配各链路容量从而使系统获得最大的经济效益，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种数字信道化卫星通信系统效益优化方法及装置，能够为卫星提供使得系统效益最大化的各个链路增益分配方案，从而使得系统获得最大的经济效益，有效缓解高功放非线性效应，有效提高卫星转发器的资源利用率。第一方面，本专利技术提供的一种数字信道化卫星通信系统效益优化方法，应用于卫星地面控制系统，包括：获取数字信道化卫星通信系统模型的状态参数；根据所述状态参数确定系统效益的第一目标函数以及第一约束条件，其中，z均为预先确定的状态参数，为卫星转发器接收到的各个链路的信号功率所组成的向量，为卫星上各个链路的理想增益所组成的向量，z为卫星转发器工作点，第一约束条件为关于发送终端有效全向辐射功率E的不等式以及关于链路信干噪比CI的不等式；根据卫星上各个链路的理想增益与工作点的关系将所述第一目标函数以及第一约束条件转换为第二目标函数以及第二约束条件；其中，所述第二约束条件为关于工作点向量的不等式，为卫星转发器各个链路的工作点所组成的向量；求取使得第二目标函数取得最大值时的工作点向量的分布，根据所述工作点向量的分布求取卫星上最佳的链路增益分配向量将所述最佳的链路增益分配向量发送至卫星，以使卫星根据所述最佳的链路增益分配向量进行分配。第二方面，本专利技术提供的一种数字信道化卫星通信系统效益优化装置，应用于卫星地面控制系统，包括获取模块、第一目标函数模块、第二目标函数模块、分配方案求取模块和分配模块；所述获取模块用于获取数字信道化卫星通信系统模型的状态参数；所述第一目标函数模块用于根据所述状态参数确定系统效益的第一目标函数以及第一约束条件，其中，z均为预先确定的状态参数，为卫星转发器接收到的各个链路的信号功率所组成的向量，为卫星上各个链路的理想增益所组成的向量，z为卫星转发器工作点，第一约束条件为关于发送终端有效全向辐射功率E的不等式以及关于链路信干噪比CI的不等式；所述第二目标函数模块用于根据卫星上各个链路的理想增益与工作点的关系将所述第一目标函数以及第一约束条件转换为第二目标函数以及第二约束条件；其中，所述第二约束条件为关于工作点向量的不等式，为卫星转发器各个链路的工作点所组成的向量；所述分配方案求取模块用于求取使得第二目标函数取得最大值时的工作点向量的分部，根据所述工作点的分布求取卫星上最佳的链路增益分配向量所述分配模块用于将所述最佳的链路增益分配向量发送至卫星，以使卫星根据所述最佳的链路增益分配向量进行分配。第三方面，本专利技术提供的一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述的方法的步骤。第四方面，一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行第一方面所述的方法。本专利技术提供的一种数字信道化卫星通信系统效益优化方法及装置，通过获取的数字信道化卫星通信系统模型确定状态参数；通过状态参数确定第一目标函数以及第一约束条件，根据各个链路的理想增益与工作点的关系确定关于工作点的第二目标函数以及第二约束条件；求取第二目标函数的最大值，以及取得最大值时工作点的值，即工作点向量的分布；再根据各个链路的理想增益与工作点的关系，求取各个链路的增益，从而得到各个链路的增益分配方案；本专利技术能够为卫星提供使得系统效益最大化的各个链路增益分配方案，从而使得系统获得最大的经济效益，有效缓解高功放非线性效应，有效提高卫星转发器的资源利用率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的数字信道化卫星通信系统效益优化方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的数字信道化卫星通信系统效益优化方法的数字信道化卫星通信系统模型的原理图；图3为本专利技术实施例提供的数字信道化卫星通信系统效益优化方法的数值实验结果示意图；图4为本专利技术实施例提供的数字信道化卫星通信系统效益优化装置的原理图；图5为本专利技术实施例提供的电子设备的原理图。图标：41-获取模块；42-第一目标函数模块；43-第二目标函数模块；44-分配方案求取模块；45-分配模块；100-电子设备；101-通信接口；102-处理器；103-存储器；104-总线。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。目前，针对高功率放大器的非线性效应给下行信号带来增益压缩及交调效应，最终导致卫星转发器功率利用率及通信容量的下降的问题，Marshall首次建立了数字信道化通信卫星系统模型，并证实了该系统可有效缓解高功放的非线性效应，原因在于在数字信道化系统中可以对不同链路的增益分别进行调节。这之后，Marshall和Kenneth利用梯度搜索算法来最小化高功放的输出功率。阳志明则提出了一种可变邻域搜索(VNS)算法来最小化最大链路输出功率。近来，Pham博士则采用了统计优化控制算法来优化各链路可选增益从而提高系统稳定性。但是以上工作均未考虑如何提高系统通信容量的问题。针对提高系统通信容量的问题，Chunli,L.和Yan,J.等采用了多维优化(MO)算法来获得系统最高通信容量。基于此，Chen,X.则提出了EMO算法来降低MO算法的计算复杂度，但是该算法所获得的最高通信容量却比MO算法略低。但这些文献却仅致力于获得系统最大通信容量，未考虑不同链路之间对通信容量的需求差异。未来，偏远山区、沙漠和海洋等地面基站覆盖不到的区域需要通过卫星宽带网络实现5G的覆盖，因此，卫星通信已成为5G技术的重要发展领域之一，如何合理分配链路容量使得系统获得最大经济效益是亟待解决的问题。基于此，本申请提出一种数字信道化卫星通信系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字信道化卫星通信系统效益优化方法，应用于卫星地面控制系统，其特征在于，包括：/n获取数字信道化卫星通信系统模型的状态参数；/n根据所述状态参数确定系统效益的第一目标函数

【技术特征摘要】
1.一种数字信道化卫星通信系统效益优化方法，应用于卫星地面控制系统，其特征在于，包括：
获取数字信道化卫星通信系统模型的状态参数；
根据所述状态参数确定系统效益的第一目标函数以及第一约束条件，其中，z均为预先确定的状态参数，为卫星转发器接收到的各个链路的信号功率所组成的向量，为卫星上各个链路的理想增益所组成的向量，z为卫星转发器工作点，第一约束条件为关于发送终端有效全向辐射功率E的不等式以及关于链路信干噪比CI的不等式；
根据卫星上各个链路的理想增益与工作点的关系将所述第一目标函数以及第一约束条件转换为第二目标函数以及第二约束条件；其中，所述第二约束条件为关于工作点向量的不等式，为卫星转发器各个链路的工作点所组成的向量；
求取使得第二目标函数取得最大值时的工作点向量的分布，根据所述工作点向量的分布求取卫星上的最佳的链路增益分配向量
将所述最佳的链路增益分配向量发送至卫星，以使卫星根据所述最佳的链路增益分配向量进行分配。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一约束条件为下式：



上式中，Ei为第i个发送终端的有效全向辐射功率，Ei，max为第i个发送终端的最大有效全向辐射功率；CIi为第i条链路的信干噪比，CIi，min为第i条链路的最小信干噪比；
根据卫星上各个链路的理想增益与工作点的关系将所述第一目标函数以及第一约束条件转换为第二目标函数以及第二约束条件的步骤包括：
确定所述第一目标函数取得最大效益时的第一条件Ei＝Ei,max；
根据下式计算卫星上各个链路的理想增益与工作点的关系：



上式中xi，max为转发器接收到的第i条链路的最大信号功率，kTs为转发器的加性噪声频谱密度，Bi为第i个滤波器的理想带宽，zi为第i条链路的工作点，Gi为第i条链路的理想增益；
将计算得到的理想增益Gi、第一条件以及信干噪比CIi(xi,Gi,z)代入所述第一目标函数以及第一约束条件，得到第二目标函数以及第二约束条件，所述第二约束条件为下式：



其中，zi，min为第i条链路满足最小通信需求时的工作点。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，求取使得第二目标函数取得最大值时的工作点向量的分布，根据所述工作点向量的分布求取卫星上最佳的链路增益分配向量的步骤包括：
构造单峰函数F(z)，其中：



上式中，Δz为所有链路满足最小信干噪比CIi,min后剩余可分配至各链路的信号功率，且Prmax为Δz≥0时的固定转发器工作点z时的最优目标函数值；
使用黄金分割法嵌套二分法确定预设区间上单峰函数F(z)取得最大值时工作点向量的分布；其中，采用二分法确定预设区间上单峰函数的取值以及相对应的工作点向量的分布，使用黄金分割法确定预设区间上单峰函数F(z)取得最大值时对应的工作点向量的分布；根据求得的工作点向量分布，以及各个链路的理想增益与工作点的关系确定最佳的链路增益分配向量


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用二分法确定预设区间上单峰函数F(z)的取值以及相对应的工作点向量的分布的步骤包括：
求取F(z)关于第i条链路的工作点zi的一阶偏导Di(zi)；
采用二分法求取满足下式的m值：



其中，m为将Δz始终分配到一阶偏导最大的链路上时相应链路的最终偏导值；Di-1(m)为偏导值为m时一阶偏导的最大根，Q为偏导值为m的链路的集合；
根据求得的m值求取单峰函数F(z)的取值以及工作点向量的分布。


5.一种数字信道化卫星通信系统效益优化装置，应用于卫星地面控制系统，其特征在于，包括获取模块、第一目标函数模块、第二目标函数模块、分配方案求取模块和分配模块；
所述获取模块用于获取数字信道化卫星通信系统模型的状态参数；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏坚，靳瑾，王帅，刘沛龙，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11