相控阵卫星组播方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了相控阵卫星组播方法及装置，涉及卫星组播领域。方法包括：确定组播信号波束的至少一个波束中心位置并收集所有多个用户设备地理位置信息；构建目标数学模型；按照预设迭代算法对目标数学模型计算得到每个用户设备所属的用户设备分组以及最佳波束信息；在用户设备分组和最佳波束信息确定时将最高组播平均传输速率对应的至少一个波束中心位置的数量作为波束中心位置最优数量；通过相控阵卫星的天线、最佳波束信息和最优数量对分组进行组播操作。本发明专利技术实施例的相控阵卫星组播方法及装置通过将相控阵卫星组播传输速率的优化问题分解成用户分组和波束大小及指向两个子问题，达到了使相控阵卫星组播操作的平均传输速率最大化的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
相控阵卫星组播方法及装置
本专利技术涉及卫星组播
，尤其是涉及一种相控阵卫星组播方法及装置。
技术介绍
随着通信技术的快速发展，卫星由于其广域覆盖的特性而适合提供组播服务，在使用相同的通信资源的条件下，卫星能够将相同的内容同时传输给多个用户设备。但在目前的组播通信中，同时传输的用户设备需位于同一个点波束主瓣的覆盖范围内，常规卫星业务使用的波束为窄点波束，无法覆盖遍布在卫星覆盖范围内的所有组播用户。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种相控阵卫星组播方法及装置，以改善无法覆盖遍布在卫星覆盖范围内的所有组播用户的技术问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种相控阵卫星组播方法，所述方法包括以下步骤：确定组播信号波束的至少一个波束中心位置，并收集待组播范围内的所有多个用户设备的地理位置信息，其中，所述组播信号波束为相控阵卫星向用户设备分组发出的组播信号波束，并且所述用户设备分组的区域为圆形，且圆心为所述至少一个波束中心位置；构建目标数学模型，其中，所述目标数学模型用于根据所述地理位置信息确定所述多个用户设备所属的用户设备分组，并用于确定用于服务每个所述用户设备分组的最佳波束信息；所述最佳波束信息包括：波束大小和波束指向；按照预设迭代算法对所述目标数学模型进行计算，得到所述多个用户设备中每个用户设备所属的用户设备分组，以及得到用于服务每个所述用户设备分组的最佳波束信息；在所述用户设备分组和所述最佳波束信息确定时，对所述至少一个波束中心位置的数量对应的组播平均传输速率进行比较，得到最高组播平均传输速率对应的所述至少一个波束中心位置的数量，并将所述数量作为所述至少一个波束中心位置的最优数量；通过所述相控阵卫星的天线、所述最佳波束信息和所述最优数量对所述用户设备分组进行组播操作。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，构建目标数学模型包括：所述目标数学模型的计算公式为：maxCavgs.t.其中，Cavg为每个所述用户设备分组的平均传输速率；xk,m用于表征第k个用户设备是否被分配到第m组用户设备分组，m的范围为1-M；uk为第k个用户设备的平面位置坐标；wm为第m组用户设备分组所对应的波束中心位置；rm为组播信号波束所服务的第m组用户设备分组对应区域的半径；λ为组播信号的波长；h为相控阵卫星的轨道高度；D为相控阵卫星的天线所组成平面的直径；rmax为组播信号波束能够调整的最大半径。结合第一方面的第一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，按照预设迭代算法对所述目标数学模型进行计算，得到所述多个用户设备中每个用户设备所属的用户设备分组，以及得到用于服务每个所述用户设备分组的最佳波束信息包括：将所述目标数学模型分解为第一数学模型和第二数学模型，其中，所述第一数学模型用于确定多个用户设备所属的用户设备分组，所述第二数学模型用于确定用于服务每个所述用户设备分组的最佳波束信息；按照预设迭代算法对所述第一数学模型和所述第二数学模型进行计算，得到多个用户设备中每个用户设备所属的用户设备分组，以及得到用于服务每个所述用户设备分组的最佳波束信息。结合第一方面的第二种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述第一数学模型的计算公式为：maxCavgs.t.其中，Cavg为每个所述用户设备分组的平均传输速率；rm为组播信号波束所服务的第m组用户设备分组对应区域的半径；xk,m用于表征第k个用户设备是否被分配到第m组用户设备分组，m的范围为1-M；uk为第k个用户设备的平面位置坐标；wm为第m组用户设备分组所对应的波束中心位置。结合第一方面的第二种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述第二数学模型的计算公式为：maxCms.t.其中，Cm为第m组用户设备分组被服务时的最大传输速率；xk,m用于表征第k个用户设备是否被分配到第m组用户设备分组，m的范围为1-M；uk为第k个用户设备的平面位置坐标；wm为第m组用户设备分组所对应的波束中心位置；rm为组播信号波束所服务的第m组用户设备分组对应区域的半径；λ为组播信号的波长；h为相控阵卫星的轨道高度；D为相控阵卫星的天线所组成平面的直径；rmax为组播信号波束能够调整的最大半径。结合第一方面的第二种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，按照预设迭代算法对所述第一数学模型进行计算包括：利用贪心算法对所述第一数学模型进行迭代计算，得到目标指示变量xk,m；根据所述目标指示变量确定所述多个用户设备中每个用户设备所属的用户设备分组。结合第一方面的第二种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，按照预设迭代算法对所述第二数学模型进行计算包括：利用随机增量法对所述第二数学模型进行迭代计算，得到用于服务每个所述用户设备分组的波束的大小和波束的指向；基于所述波束的大小和所述波束的指向确定最佳波束信息。结合第一方面的第二种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：按照预设迭代算法对所述第一数学模型和所述第二数学模型进行计算的迭代停止条件为：更新之后的波束中心位置和更新之前的波束中心位置的距离之和小于预设阈值。第二方面，本专利技术实施例还提供一种相控阵卫星组播装置，所述装置包括：位置确定模块，用于确定组播信号波束的至少一个波束中心位置，并收集待组播范围内的所有多个用户设备的地理位置信息，其中，所述组播信号波束为相控阵卫星向用户设备分组发出的组播信号波束，并且所述用户设备分组的区域为圆形，且圆心为所述至少一个波束中心位置；模型构建模块，用于构建目标数学模型，其中，所述目标数学模型用于根据所述地理位置信息确定所述多个用户设备所属的用户设备分组，并用于确定用于服务每个所述用户设备分组的最佳波束信息；所述最佳波束信息包括：波束大小和波束指向；模型计算模块，用于按照预设迭代算法对所述目标数学模型进行计算，得到所述多个用户设备中每个用户设备所属的用户设备分组，以及得到用于服务每个所述用户设备分组的最佳波束信息；最优数量确定模块，用于在所述用户设备分组和所述最佳波束信息确定时，对所述至少一个波束中心位置的数量对应的组播平均传输速率进行比较，得到最高组播平均传输速率对应的所述至少一个波束中心位置的数量，并将所述数量作为所述至少一个波束中心位置的最优数量；组播操作模块，用于通过所述相控阵卫星的天线、所述最佳波束信息和所述最优数量对所述用户设备分组进行组播操作。第三方面，本专利技术实施例还提供一种服务器，所述服务器包括：处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相控阵卫星组播方法，其特征在于，所述方法包括：/n确定组播信号波束的至少一个波束中心位置，并收集待组播范围内的所有多个用户设备的地理位置信息，其中，所述组播信号波束为相控阵卫星向用户设备分组发出的组播信号波束，并且所述用户设备分组的区域为圆形，且圆心为所述至少一个波束中心位置；/n构建目标数学模型，其中，所述目标数学模型用于根据所述地理位置信息确定所述多个用户设备所属的用户设备分组，并用于确定用于服务每个所述用户设备分组的最佳波束信息；所述最佳波束信息包括：波束大小和波束指向；/n按照预设迭代算法对所述目标数学模型进行计算，得到所述多个用户设备中每个用户设备所属的用户设备分组，以及得到用于服务每个所述用户设备分组的最佳波束信息；/n在所述用户设备分组和所述最佳波束信息确定时，对所述至少一个波束中心位置的数量对应的组播平均传输速率进行比较，得到最高组播平均传输速率对应的所述至少一个波束中心位置的数量，并将所述数量作为所述至少一个波束中心位置的最优数量；/n通过所述相控阵卫星的天线、所述最佳波束信息和所述最优数量对所述用户设备分组进行组播操作。/n

【技术特征摘要】
1.一种相控阵卫星组播方法，其特征在于，所述方法包括：
确定组播信号波束的至少一个波束中心位置，并收集待组播范围内的所有多个用户设备的地理位置信息，其中，所述组播信号波束为相控阵卫星向用户设备分组发出的组播信号波束，并且所述用户设备分组的区域为圆形，且圆心为所述至少一个波束中心位置；
构建目标数学模型，其中，所述目标数学模型用于根据所述地理位置信息确定所述多个用户设备所属的用户设备分组，并用于确定用于服务每个所述用户设备分组的最佳波束信息；所述最佳波束信息包括：波束大小和波束指向；
按照预设迭代算法对所述目标数学模型进行计算，得到所述多个用户设备中每个用户设备所属的用户设备分组，以及得到用于服务每个所述用户设备分组的最佳波束信息；
在所述用户设备分组和所述最佳波束信息确定时，对所述至少一个波束中心位置的数量对应的组播平均传输速率进行比较，得到最高组播平均传输速率对应的所述至少一个波束中心位置的数量，并将所述数量作为所述至少一个波束中心位置的最优数量；
通过所述相控阵卫星的天线、所述最佳波束信息和所述最优数量对所述用户设备分组进行组播操作。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构建目标数学模型包括：
所述目标数学模型的计算公式为：



其中，Cavg为每个所述用户设备分组的平均传输速率；xk,m用于表征第k个用户设备是否被分配到第m组用户设备分组，m的范围为1-M；uk为第k个用户设备的平面位置坐标；wm为第m组用户设备分组所对应的波束中心位置；rm为组播信号波束所服务的第m组用户设备分组对应区域的半径；λ为组播信号的波长；h为相控阵卫星的轨道高度；D为相控阵卫星的天线所组成平面的直径；rmax为组播信号波束能够调整的最大半径。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，按照预设迭代算法对所述目标数学模型进行计算，得到所述多个用户设备中每个用户设备所属的用户设备分组，以及得到用于服务每个所述用户设备分组的最佳波束信息包括：
将所述目标数学模型分解为第一数学模型和第二数学模型，其中，所述第一数学模型用于确定多个用户设备所属的用户设备分组，所述第二数学模型用于确定用于服务每个所述用户设备分组的最佳波束信息；
按照预设迭代算法对所述第一数学模型和所述第二数学模型进行计算，得到多个用户设备中每个用户设备所属的用户设备分组，以及得到用于服务每个所述用户设备分组的最佳波束信息。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一数学模型的计算公式为：



其中，Cavg为每个所述用户设备分组的平均传输速率；rm为组播信号波束所服务的第m组用户设备分组对应区域的半径；xk,m用于表征第k个用户设备是否被分配到第m组用户设备分组，m的范围为1-M；uk为第k个用户设备的平面位置坐标；wm为第m组用户设备分组所对应的波束中心位置。


5.根据权利要求3所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜春晓，刘秉坤，匡麟玲，
申请(专利权)人：清华大学，上海清申科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11