一种基于资源分配的认知卫星通信系统的干扰抑制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于资源分配的认知卫星通信系统的干扰抑制方法，包括一颗卫星、一个信关站、卫星覆盖下的K个波束；系统可用带宽被分成F条信道，每个信道占用带宽记为B

【技术实现步骤摘要】
一种基于资源分配的认知卫星通信系统的干扰抑制方法
本专利技术属于通信
，具体涉及一种基于资源分配的认知卫星通信系统的干扰抑制方法。
技术介绍
随着全球信息化速度的加快，任何人在任何地方任何时候进行任何业务通信成为用户的需求趋势。虽然地面网络通信技术迅猛发展，但是受限于地理环境和建设成本，地面通信网络不能达到全覆盖以满足用户需求。卫星通信网络相比于地面通信网络特有的广域覆盖能力以及抗自然灾害能力，使卫星通信网络应用范围大、应用环境广、应用业务多等优势，为全球无缝覆盖的通信服务提供可行途径。此外，相比于其他通信方式，卫星通信网络还具有更好的多播和广播能力。随着信息资源呈指数型增长，多播和广播技术能支持更多的通信业务。随着航空航天技术、通信技术的发展及卫星载荷能力的提高，卫星通信网络成为无线通信网络中不可缺少的一部分。但是卫星频谱资源匮乏，且整体频谱资源利用率普遍较低。在有限的频谱带宽内进行通信，易受到恶意干扰的影响，保密性较差。所以如何更加合理地利用有限的频谱资源，成为亟需解决的问题。我们将认知无线电技术应用于卫星移动通信系统中，提出认知卫星移动通信系统的概念。依据频谱感知结果，通过动态调度通信资源，达到提高频谱利用率和系统抗干扰能力的目标。在认知卫星移动通信系统中，考虑到卫星透明转发这一特性，其他信源造成的大功率恶意干扰、欺骗性干扰会严重影响使卫星通信系统的性能。此外，虽然认知无线电技术可以利用率低的频段进行二次利用，但是由于认知用户能够访问频谱的任何部分，不仅可能对其他认知用户造成严重干扰，而且还可能对正在访问许可频谱的授权用户造成严重干扰。需要研究如何通过动态分配资源来规避恶意干扰和无意的大功率的干扰对卫星认知用户的影响和保证授权用户的通信质量。由于卫星覆盖面积广，有些波束会覆盖沙漠，海洋，深山等人烟稀少的区域，而有些波束会覆盖城市、农村等人口聚集的地区，由于卫星终端在不同地区分布差异很大，使得卫星移动通信系统波束间的通信业务量差异较大，信道资源需求量不同。若采用传统固定频谱分配方式，即使该波束内的用户没有使用该资源,其他波束用户也不能使用该资源，容易造成信道资源的浪费。除此之外，卫星波束覆盖范围广泛，在不同时间不同的波束，干扰对信道的影响程度也不同，研究如何动态调整各波束所使用的频带使认知卫星通信系统可以接入更多用户，提高频谱利用率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于资源分配的认知卫星通信系统的干扰抑制方法，使得外界干扰不影响用户通信且达到系统容量最大的目的。本专利技术采用以下技术方案：一种基于资源分配的认知卫星通信系统的干扰抑制方法，包括一颗卫星、一个信关站、卫星覆盖下的K个波束；系统可用带宽被分成F条信道，每个信道占用带宽记为Bc＝Btot/M，Btot为系统全部可用带宽，系统服务的用户终端为M个，采用七色复用的方式为用户分配信道；在通信过程中，卫星通过分配的信道向用户传递信息，以认知卫星通信系统的容量性能为优化目标进行问题建模；将系统容量最优值作为认知卫星通信系统的全局优化值，通过采用模拟退火优化方法得到最优的资源分配结果，寻到最优解时达到系统容量最大。具体的，采用七色复用的方式为用户分配信道具体为：将波束按距离分簇，每个波束及其相邻的六个波束为一簇，每簇中的用户不能使用相同信道。具体的，引入变量Δ＝{δm,f|1≤m≤M,1≤f≤F}表征卫星通信系统为用户分配的无线链路资源，m为第m个用户，M为系统用户数，δm,f为信道的分配结果，f为表示第f条信道，F为系统信道个数，问题建模为：s.tCm≥Cth其中，Cm为第m个用户的信道容量，Cth为用户的最小信道容量，约束Cm≥Cth限制所有用户的最小服务质量，即每个用户的信道容量不低于Cth；卫星的发射功率约束为：分配信道总带宽不得超出系统总带宽为：每个波束的带宽限制为：每个用户的干扰限制为：其中，Pm为第m个用户的发射功率，Ptotal为卫星最大发射功率，Bc为单条信道的带宽，δm,f为信道的分配结果，Btot为系统总带宽，xk,m为波束与用户的关系，为每个波束的带宽限制，为第m个用户在第f条信道上感知到的干扰功率，Ith为干扰阈值。进一步的，使用抽头延迟线的事变频率选择性衰减信道模型对信道建模，信道的冲击相应函数为：其中，N为多径的个数，Pl为第l个时延时刻的功率，τl为第l条径的时延；ul(t)为表征第l条径的延时分量；根据香农公式得到用户m在第f条信道上的容量Cm,f为：Cm,f＝Bclog2(1+SINRm,f)其中，Bc为每个信道的带宽，SINRm,f为用户m使用第f条信道的相应信干噪比。具体的，模拟退火优化方法具体为：S1、给定初始温度、退火策略和迭代次数；S2、生成初始解以及计算相应的代价函数；S3、随机产生扰动生成新解x'，计算新旧两解之间的代价函数差值ΔE＝E(x\')-E(x)；S4、若ΔE<0，则接受x'为新的状态，否则以概率P接受x'，若P>a则接受x'，否则拒绝x'，系统仍停留在状态x；S5、重复步骤S3和S4，直至达到最大迭代次数；S6、按步骤S1中给出的规律降温，在新的温度下重新执行步骤S2～S5，直到达到预定的最低温度。进一步的，步骤S1中，初始温度为100，迭代次数为5000，退火策略为：Tk+1＝αTk其中，Tk为当前时刻的温度，Tk+1为下一时刻的温度，α为温度下降系数。进一步的，步骤S2中，初始解为随机产生满足约束条件的解，是算法迭代的起点，以系统总容量作为代价函数，代价函数为：其中，Cm为第m个用户的信道容量。进一步的，步骤S4中，接受新解时的概率P为：其中，0＜P＜1，k为波尔兹曼常数，T为当前温度，E(X)、E(X')分别为旧解和新解的代价函数值。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种基于资源分配的认知卫星通信系统的干扰抑制方法，包括了一颗卫星、一个信关站、卫星覆盖下的K个波束，系统可用带宽被分成F条信道，每个信道占用带宽记为Bc＝Btot/M，系统服务的用户终端为M个，采用七色复用的方式为用户分配信道。在通信过程中内，卫星通过分配的信道向用户传递信息，信号在传输过程中会受到各种自然环境的影响而造成信号衰减。考虑干扰及带宽和功率等约束条件，以认知卫星通信系统的容量性能为优化目标进行问题建模；将系统容量最优值作为认知卫星通信系统的全局优化值，通过采用模拟退火优化技术，得到最优的资源分配结果，达到系统容量最大的目的。进一步的，考虑干扰及带宽和功率等约束条件，以认知卫星通信系统的容量性能为优化目标进行问题。进一步的，模拟退火优化算法作为一种借鉴固体退火原理的全局优化算法，能够解决大规模组合优化问题，计算简单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于资源分配的认知卫星通信系统的干扰抑制方法，其特征在于，包括一颗卫星、一个信关站、卫星覆盖下的K个波束；系统可用带宽被分成F条信道，每个信道占用带宽记为B

【技术特征摘要】
1.一种基于资源分配的认知卫星通信系统的干扰抑制方法，其特征在于，包括一颗卫星、一个信关站、卫星覆盖下的K个波束；系统可用带宽被分成F条信道，每个信道占用带宽记为Bc＝Btot/M，Btot为系统全部可用带宽，系统服务的用户终端为M个，采用七色复用的方式为用户分配信道；在通信过程中，卫星通过分配的信道向用户传递信息，以认知卫星通信系统的容量性能为优化目标进行问题建模；将系统容量最优值作为认知卫星通信系统的全局优化值，通过采用模拟退火优化方法得到最优的资源分配结果，寻到最优解实现干扰规避并达到系统容量最大。


2.根据权利要求1所述的基于资源分配的认知卫星通信系统的干扰抑制方法，其特征在于，采用七色复用的方式为用户分配信道具体为：
将波束按距离分簇，每个波束及其相邻的六个波束为一簇，每簇中的用户不能使用相同信道。


3.根据权利要求1所述的基于资源分配的认知卫星通信系统的干扰抑制方法，其特征在于，引入变量Δ＝{δm,f|1≤m≤M,1≤f≤F}表征卫星通信系统为用户分配的无线链路资源，m为第m个用户，M为系统用户数，δm,f为信道的分配结果，f为表示第f条信道，F为系统信道个数，问题建模为：



s.tCm≥Cth
其中，Cm为第m个用户的信道容量，Cth为用户的最小信道容量，约束Cm≥Cth限制所有用户的最小服务质量，即每个用户的信道容量不低于Cth；
卫星的发射功率约束为：



分配信道总带宽不得超出系统总带宽为：



每个波束的带宽限制为：



每个用户的干扰限制为：



其中，Pm为第m个用户的发射功率，Ptotal为卫星最大发射功率，Bc为单条信道的带宽，δm,f为信道的分配结果，Btot为系统总带宽，xk,m为波束与用户的关系，为每个波束的带宽限制，为第m个用户在第f条信道上感知到的干扰功率，Ith为干扰阈值。


4.根据权利要求3所述的基于资源分配的认知卫星通信系统的干扰抑制方法，其特征在于，使用抽头延迟线的...

【专利技术属性】
技术研发人员：范建存，焦思诺，焦利彬，罗新民，张莹，
申请(专利权)人：西安交通大学，中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61