一种基于人工蜂群算法的LEO卫星信道分配方法组成比例

本发明专利技术涉及低轨卫星无线资源管理技术领域，尤其涉及一种基于人工蜂群算法的LEO卫星信道分配方法，对LEO卫星系统参数进行初始化，根据模型中的可用信道矩阵与人工蜂群算法中的可行解相结合产生信道分配矩阵，并在考虑同信道干扰的前提下，针对波束间通信业务量分布差异性，系统制定固定信道预分配和动态信道调度相结合的两步分配方案；进一步将人工蜂群算法应用到LEO卫星信道分配上，每一个蜜源位置向量表示为一种可能的信道分配策略，降低了分配方案的复杂性，最终使得LEO卫星通信系统能够适应各波束间业务量差异性，有效提高了信道利用率和系统吞吐量。利用率和系统吞吐量。利用率和系统吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于人工蜂群算法的LEO卫星信道分配方法


[0001]本专利技术涉及低轨卫星无线资源管理
，尤其涉及一种基于人工蜂群算法的LEO卫星信道分配方法。

技术介绍

[0002]低地球轨道(Low Earth Orbit,LEO)卫星具有覆盖范围广、传输时延短和路径损耗小等优势，能够满足无缝覆盖、全球服务的需求，是全球一体化通信网络的重要组成部分。随着人们日益增长的通信业务需求，用户对卫星通信的系统容量和资源利用效率要求不断提高。与传统单波束卫星相比，LEO卫星系统使用多个具有高增益的点波束覆盖目标区域，并结合频率复用技术来提升了卫星系统的系统容量和资源利用率。但是卫星信道资源是有限的，随着通信用户数量、通信业务类型的不断增多，用户对于信道资源的需求量也越来越大，传统的C频段和Ku频段的卫星通信系统受限于带宽资源，难以满足大容量数据传输与多媒体业务的传送，因此需要合理高效地分配星上资源。
[0003]同时，由于用户终端在地理空间上的非均匀分布，使得各波束间业务量分布差异较大。业务量较大的波束由于缺乏信道功率等资源，导致系统性能下降，而业务量小的波束会造成资源的浪费。LEO卫星采用全频段复用技术来提高信道利用率，但该技术会带来严重的波束间干扰。同时由于卫星多重覆盖的需求，波束间干扰变得更加严重。同时，LEO卫星相对地面不断运动，其覆盖的区域、用户和业务也在不断变化，固定信道分配难以适应实际场景下通信业务需求的动态性，易造成信道资源的浪费。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于人工蜂群算法的LEO卫星信道分配方法，在考虑波束间干扰的前提下，结合波束间通信业务量分布差异特性，提高卫星信道利用率和系统吞吐量的同时完成信道资源分配。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于人工蜂群算法的LEO卫星信道分配方法，包括下列步骤：
[0006]初始化LEO卫星系统参数，为各波束小区预分配固定的信道资源；
[0007]划分波束间业务量差异大和波束间业务量相近两种场景，建立LEO卫星信道分配优化模型；
[0008]利用人工蜂群算法来实现LEO卫星信道分配，获得最优信道分配矩阵。
[0009]其中，在初始化LEO卫星系统参数，为各波束小区预分配固定的信道资源的过程中，在用户请求接入之前，系统为各波束小区预分配固定的信道资源，当用户请求接入后，如预分配的信道资源无法满足当前业务量时，系统将动态调度信道资源。
[0010]其中，在划分波束间业务量差异大和波束间业务量相近两种场景，建立LEO卫星信道分配优化模型的过程中，在波束间业务量差异大场景中，预分配部分信道来满足用户需求，在波束间业务量相近场景中，优先调度最大波束间隔的信道。
[0011]其中，在利用人工蜂群算法来实现LEO卫星信道分配，获得最优信道分配矩阵的过程中，首先初始化人工蜂群算法参数，计算目标函数的适应值，最终得到最优信道分配矩阵。
[0012]其中，所述人工蜂群算法，包括下列步骤：
[0013]步骤1：随机产生蜜源群体并标记；
[0014]步骤2：雇佣蜂寻找蜜源位置，并计算蜜源的适应值；
[0015]步骤3：所有的雇佣蜂飞回信息交流区共享蜜源信息，由跟随蜂计算每个蜜源的选择概率；
[0016]步骤4：根据蜜源的选择概率确定局部最优蜜源，对应的雇佣蜂转化为侦察蜂随机搜索；
[0017]步骤5：判断是否符合终止条件，
[0018]是则当前蜂群找到的所有最优蜜源，并计算最优蜜源的适应值；
[0019]否则返回步骤2。
[0020]本专利技术提供了一种基于人工蜂群算法的LEO卫星信道分配方法，对LEO卫星系统参数进行初始化，根据模型中的可用信道矩阵与人工蜂群算法中的可行解相结合产生信道分配矩阵，并在考虑同信道干扰的前提下，针对波束间通信业务量分布差异性，系统制定固定信道预分配和动态信道调度相结合的两步分配方案；在波束间业务量差异大场景中，系统预分配部分信道来满足用户需求。在波束间业务量相近场景中，系统优先调度最大波束间隔的信道，以减少同信道干扰；进一步将人工蜂群算法应用到LEO卫星信道分配上，每一个蜜源位置向量表示为一种可能的信道分配策略，降低了分配方案的复杂性，最终使得LEO卫星通信系统能够适应各波束间业务量差异性，有效提高了信道利用率和系统吞吐量。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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。
[0022]图1是本专利技术的一种基于人工蜂群算法的LEO卫星信道分配方法的流程示意图。
[0023]图2是本专利技术的具体实施例的LEO卫星下行链路波束间干扰示意图。
[0024]图3是本专利技术的具体实施例中的人工蜂群算法流程示意图。
具体实施方式
[0025]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0026]请参阅图1，本专利技术提出了一种基于人工蜂群算法的LEO卫星信道分配方法，包括下列步骤：
[0027]S1：初始化LEO卫星系统参数，为各波束小区预分配固定的信道资源；
[0028]S2：划分波束间业务量差异大和波束间业务量相近两种场景，建立LEO卫星信道分
配优化模型；
[0029]S3：利用人工蜂群算法来实现LEO卫星信道分配，获得最优信道分配矩阵。
[0030]在初始化LEO卫星系统参数，为各波束小区预分配固定的信道资源的过程中，在用户请求接入之前，系统为各波束小区预分配固定的信道资源，当用户请求接入后，如预分配的信道资源无法满足当前业务量时，系统将动态调度信道资源。
[0031]以下从执行步骤作进一步说明：
[0032]在S1中，初始化LEO卫星系统的相关参数，具体方法是：
[0033]一个LEO卫星的波束集合S＝{s
i
|i＝1,2,...,N}，每个波束中可用信道集合B＝{b
m
|m＝1,2,...,M}。用户在波束s
i
的集合可表示为U＝{u
i,k
|i＝1,2,...,N,k＝1,2,...,K}。
[0034]系统通过同信道复用技术来分配信道。信道分配矩阵可定义为:
[0035][0036]在矩阵V中v
i,m
∈{0,1}表示波束s
i
中信道b
m
的分配状态，v
i,m
＝1表示在波束s
i
的信道b
m
被用户使用，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人工蜂群算法的LEO卫星信道分配方法，其特征在于，包括下列步骤：初始化LEO卫星系统参数，为各波束小区预分配固定的信道资源；划分波束间业务量差异大和波束间业务量相近两种场景，建立LEO卫星信道分配优化模型；利用人工蜂群算法来实现LEO卫星信道分配，获得最优信道分配矩阵。2.如权利要求1所述的基于人工蜂群算法的LEO卫星信道分配方法，其特征在于，在初始化LEO卫星系统参数，为各波束小区预分配固定的信道资源的过程中，在用户请求接入之前，系统为各波束小区预分配固定的信道资源，当用户请求接入后，如预分配的信道资源无法满足当前业务量时，系统将动态调度信道资源。3.如权利要求1所述的基于人工蜂群算法的LEO卫星信道分配方法，其特征在于，在划分波束间业务量差异大和波束间业务量相近两种场景，建立LEO卫星信道分配优化模型的过程中，在波束间业务量差异大场景中，预分...

【专利技术属性】
技术研发人员：周陬，宁耀龙，周晓燕，袁仲慧，郑飞，邱飞鹏，王朝，黎文明，黄鹏钦，高海金，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：