一种空天地卫星通信系统的总吞吐量及能耗优化方法技术方案

本发明专利技术涉及空天地一体化通信技术领域，具体公开了一种空天地卫星通信系统的总吞吐量及能耗优化方法，通过在地面卫星中继网络中部署天空中继，增加了地面卫星(低轨卫星)对地面移动设备的总服务时间，从而提升了系统的总吞吐量；通过对系统总吞吐量进行建模，得到一个非凸的模型函数，考虑到非凸问题难以求解，进一步将原问题转换为一个双层规划问题，最后结合遗传算法求得原始问题的全局最优解，即得到了能够最大化系统总吞吐量的天空中继最优高度以及天空中继最优的功率分配；通过对系统在卫星

【技术实现步骤摘要】
一种空天地卫星通信系统的总吞吐量及能耗优化方法


[0001]本专利技术涉及空天地一体化通信
，尤其涉及一种空天地卫星通信系统的总吞吐量及能耗优化方法。

技术介绍

[0002]地面卫星中继网络主要用于解决下一代无线网络中的大数据量问题。地面网络和卫星网络的整合极大地拓宽了通信范围，能够更好地满足下一代无线通信的要求。目前地面卫星中继网络中存在两大类中继，即地面中继和天空中继。地面中继包括地面部署的各种地球站以及基站等，而天空中继则包括无人机、飞艇，甚至卫星等。目前在地面卫星中继网络领域的工作主要通过部署地面中继来优化系统性能，包括容量优化、能效优化、中继选取以及信号防窃取研究等，却没有集中于对天空中继及其资源分配问题的研究。一般而言，地面中继离卫星的距离很远，只能接收到来自卫星的极其微弱的信号，这会导致卫星信号一定程度的失真，从而影响用户体验。与之相反的是，天空中继一般部署在离卫星更近的空中，从而能够确保接收到的卫星信号的质量更好。因此，在地面卫星中继网络中，对天空中继的研究是很有必要的。但是在以往的研究中，中继的位置都是固定的，即研究者很本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空天地卫星通信系统的总吞吐量及能耗优化方法，其特征在于，包括步骤：(1)总吞吐量优化S1：以最大化吞吐量为目标建立空天地卫星通信系统的一个地面卫星网络的总吞吐量优化模型；所述地面卫星网络中包括N个地面移动设备、一个低轨卫星和一个天空中继，每个所述地面移动设备既能接收来自所述低轨卫星的无线信号，也能与所述天空中继进行通信；S2：将所述总吞吐量优化模型转化为双层规划问题进行求解，得到所述天空中继的最优高度和对所述地面移动设备的最佳发送功率；(2)能耗优化X1：以最小化能耗为目标建立所述地面卫星网络在S
‑
R时间段内的能耗优化模型，所述S
‑
R时间段指的是所述低轨卫星对所述天空中继进行服务的时间段；X2：对所述能耗优化模型进行求解。2.如权利要求1所述的一种空天地卫星通信系统的总吞吐量及能耗优化方法，其特征在于：在所述步骤S1中，建立的所述总吞吐量优化模型具体为：其中，C
i
表示所述地面卫星网络的总吞吐量，表示所述地面卫星网络在所述地面移动设备处的吞吐量，表示所述地面卫星网络在卫星
‑
地面移动设备(S
‑
D)时间段内实现的总吞吐量，C
min
表示所述地面移动设备的最小吞吐量需求，P
max
表示所述地面卫星网络的最大平均功率，h、h
min
和h
max
分别表示所述天空中继的高度、最低高度和最高高度，和分别表示所述地面卫星网络在S
‑
R时间段内和S
‑
D时间段内的总能耗，T
LEO
表示所述低轨卫星的轨道周期，P
Ri
表示所述天空中继对所述地面移动设备的发送功率，所述S
‑
D时间段指的是所述低轨卫星对所述地面移动设备进行服务的时间段。3.如权利要求2所述的一种空天地卫星通信系统的总吞吐量及能耗优化方法，其特征在于：在于：其中，T
R
、T
L
分别表示所述低轨卫星对所述天空中继、所述地面移动设备的服务时间，B表示系统带宽，h
Ri
表示所述天空中继与所述地面移动设备之间的无线信道增益，h
Si
表示所述低轨卫星与所述地面移动设备之间的无线信道增益，σ2表示高斯白噪声功率，P
Si
表示所述低轨卫星对所述地面移动设备的发送功率。
4.如权利要求3所述的一种空天地卫星通信系统的总吞吐量及能耗优化方法，其特征在于：在于：在于：其中，P
SR
表示所述低轨卫星对所述天空中继的发送功率，h
SR
表示所述低轨卫星与所述天空中继之间的无线信道增益，L和r
E
分别表示所...

【专利技术属性】
技术研发人员：付澍，伍碧波，陈晨，蔡岳平，简鑫，刘敏，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：