一种卫星通信系统的动态波束资源分配方法技术方案

本发明专利技术公开了一种卫星通信系统的动态波束资源分配方法，包括：选择两种半径尺寸的波束；根据各波束内用户需求，将用户分布区域划分为低密度用户区域及高密度用户区域，其中，在低密度用户区域使用大波束覆盖，在高密度用户区域使用小波束覆盖；在开始阶段，采用大波束覆盖所有用户分布区域，在波束动态转换过程中，当大波束内的用户需求大于大波束的用户需求量阈值时，则将大波束更换为四个相邻小波束，将所述四个相邻小波束记作一簇波束；当任一簇波束内的用户需求小于大波束的用户需求量阈值时，则将该簇波束更换为大波束，其中，采用四色频率复用技术为各波束提供动态带宽，该方法能够在提高系统容量的同时，提高用户的满意度。意度。意度。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星通信系统的动态波束资源分配方法


[0001]本专利技术涉及一种资源分配方法，具体涉及一种卫星通信系统的动态波束资源分配方法。

技术介绍

[0002]随着业务需求的不断增长，大众对卫星通信的需求日益增长。高通量卫星(High Throughput Satellite，简称HTS)已成为卫星通信的主流，采用频谱复用和多点波束技术，在同样频谱资源的条件下，通信容量通过分配频谱和频率复用因子加成得到大幅度提升，是传统固定通信卫星的数倍，开启了卫星通信新纪元。高通量卫星系统具有覆盖范围广，通信容量大的优势，在民用和军事领域均具有广阔的应用前景。
[0003]用户业务需求在空间、地理、时间上的不均匀性日益显著。基于多频时分多址(MF
‑
TDMA)系统的平稳多波束资源管理算法已经相当成熟，可以根据用户业务需求动态调整带宽资源分配，从而在给定带宽资源的情况下有效地提高系统容量。与传统的多波束天线相比，跳波束技术在抗强方向干扰、灵活性、降低功耗、提高系统容量等方面具有很大的优势。现有技术为充分利用频谱资源，提出一种能根据业务分布调整光照位置和覆盖范围的算法，通过覆盖更多的波束，使更多的用户可以访问以充分利用波束带宽资源，但是，该算法没有考虑波束间干扰带来的影响。现有技术根据变化的业务分布对波束重新分配容量来提供适应不同业务需求，具有较强的灵活性。这种灵活性将使系统资源与卫星寿命期间的用户业务需求保持最佳匹配，从而大大提高系统的利用率和竞争力，但是当波束内用户业务需求高于波束能提供的最大容量时，用户满意度将会显著降低。为保证公平性，现有技术提出了一种基于空间聚类的资源分配算法，该算法根据所需容量与可用资源的比例，为各波束分配相应的时隙，在满足相对公平性的前提下增加系统容量，但是，当所需容量大于可用资源时，一些用户的业务需求将无法被满足。因此，面对用户分布不均匀的场景，我们需要更加灵活的频谱资源分配方法，在提高系统容量的同时，提高用户的满意度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种卫星通信系统的动态波束资源分配方法，该方法能够在提高系统容量的同时，提高用户的满意度。
[0005]为达到上述目的，本专利技术所述的卫星通信系统的动态波束资源分配方法包括：
[0006]选择两种半径尺寸的波束，分别记作大波束及小波束；
[0007]根据各波束内用户需求，将用户分布区域划分为低密度用户区域及高密度用户区域，其中，在低密度用户区域使用大波束覆盖，在高密度用户区域使用小波束覆盖；
[0008]在开始阶段，采用大波束覆盖所有用户分布区域，在波束动态转换过程中，当大波束内的用户需求大于大波束的用户需求量阈值时，则将大波束更换为四个相邻小波束，将所述四个相邻小波束记作一簇波束；当任一簇波束内的用户需求小于大波束的用户需求量阈值时，则将该簇波束更换为大波束，其中，采用四色频率复用技术为各波束提供动态带
宽。
[0009]将波束半径为r1的波束定义为大波束，将波束半径为r2的波束定义为小波束，其中，r1＝2r2。
[0010]设卫星有效载荷通过用户链路在地面产生N个点波束，其中，有N
a
个大尺寸波束，N
b
个小尺寸波束，且满足N
a
+N
b
＝N。
[0011]当期望用户位于目标波束内时，则该用户接收到的卫星信号功率为：
[0012][0013]其中，α为自由空间损耗参数，λ为载波波长，r为波束用户与卫星的路径长度，k为信道模型决定的信道增益随机数，P0为期望波束的卫星发射功率，G
t
为大波束的卫星发射天线增益，G
r
为地用户端接收天线的增益，θ0为期望用户偏离该波束天线轴线的角度，为接收信号方向偏离接收天线轴线的角度。
[0014]期望用户受到一个同频波束i的干扰信号功率为：
[0015][0016]其中，α为自由空间损耗参数，λ为载波波长，r为波束用户与卫星的路径长度，k为信道模型决定的信道增益随机数，P
i
为期望波束i的发射功率，i＝1，2，3，...，N，N为HTS系统中的波束总量，G
′
t
为该同频波束卫星发射天线增益，G
r
为地用户端接收天线的增益，θ
i
为期望用户偏离干扰波束i的天线轴线的角度，为干扰波束i发送的干扰信号的方向偏离接收天线轴线的角度，其中，i＝1，2，3，...，N，N为HTS系统中的波束总量。
[0017]目标波束的信号干扰加噪声比γ为：
[0018][0019]其中，P
r
为期望用户接收到的卫星信号功率，为期望用户受到一个同频波束i的干扰信号功率，N为HTS系统中的波束总量，K为玻尔兹曼常数，T为接收天线噪声温度，B为目标波束分配的带宽。
[0020]目标波束的信道容量R为：
[0021]R＝Blog2(1+γ)
ꢀꢀ
(6)
[0022]其中，B为目标波束分配的带宽，γ为目标波束的信号干扰加噪声比。
[0023]本专利技术具有以下有益效果：
[0024]本专利技术所述的卫星通信系统的动态波束资源分配方法在具体操作时，采用波束动态转换的方式进行波束资源的分配，适用于HTS下行系统，根据用户业务需求动态调整波束覆盖大小，加强热点地区的服务，极大地提高系统容量，满足用户需求。在硬件条件充足的情况下，与传统的跳波束资源分配算法相比，本专利技术能够获得更大的通信容量。
附图说明
[0025]图1为本专利技术中卫星开始阶段使用大波束全域均匀覆盖的波束分布示意图；
[0026]图2为本专利技术中卫星根据不同用户区域分别使用两种波束覆盖的波束分布示意图；
[0027]图3为卫星采用的四色频谱复用波束着色方案图；
[0028]图4为考虑同波束干扰和不考虑同波束干扰下的HTS系统容量对比图；
[0029]图5为HTS系统使用本专利技术与跳波束方法的系统容量对比图；
[0030]图6为HTS系统使用本专利技术与跳波束方法的用户满意度对比图。
具体实施方式
[0031]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本专利技术公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本专利技术公开的概念。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，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0032]在附图中示出了根据本专利技术公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星通信系统的动态波束资源分配方法，其特征在于，包括：选择两种半径尺寸的波束，分别记作大波束及小波束；根据各波束内用户需求，将用户分布区域划分为低密度用户区域及高密度用户区域，其中，在低密度用户区域使用大波束覆盖，在高密度用户区域使用小波束覆盖；在开始阶段，采用大波束覆盖所有用户分布区域，在波束动态转换过程中，当大波束内的用户需求大于大波束的用户需求量阈值时，则将大波束更换为四个相邻小波束，将所述四个相邻小波束记作一簇波束；当任一簇波束内的用户需求小于大波束的用户需求量阈值时，则将该簇波束更换为大波束，其中，采用四色频率复用技术为各波束提供动态带宽。2.根据权利要求1所述的卫星通信系统的动态波束资源分配方法，其特征在于，将波束半径为r1的波束定义为大波束，将波束半径为r2的波束定义为小波束，其中，r1＝2r2。3.根据权利要求1所述的卫星通信系统的动态波束资源分配方法，其特征在于，设卫星有效载荷通过用户链路在地面产生N个点波束，其中，有N
a
个大尺寸波束，N
b
个小尺寸波束，且满足N
a
+N
b
＝N。4.根据权利要求1所述的卫星通信系统的动态波束资源分配方法，其特征在于，当期望用户位于目标波束内时，则该用户接收到的卫星信号功率为：其中，α为自由空间损耗参数，λ为载波波长，r为波束用户与卫星的路径长度，k为信道模型决定的信道增益随机数，P0为期望波束的卫星发射功率，G
t
为大波束的卫星发射天线增益，G...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜清河，许春歌，马忠民，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：