一种多星的动态资源分配方法组成比例

本发明专利技术提供一种多星的动态资源分配方法，包括如下步骤：步骤S1、构建基于多星多波束的通信系统模型；步骤S2、构建干扰图并进行时频资源格的预分配；步骤S3、各卫星从最后一个时隙开始，依次向前求解各时隙到最后一个时隙的系统最大吞吐量；步骤S4、从第一个时隙开始，构建当前时隙的干扰图并获取最优的时频资源格分配方案；步骤S5、求解第一凸问题，以得到当前时隙的最优功率分配方案；步骤S6、根据当前时隙的最优功率分配方案，更新下一时隙的可用总功率、更新当前卫星所有子波束的业务量需求。本发明专利技术能够实现多样化业务的高效传输以及热点区域的随需覆盖，且能够有效降低不同卫星的子波束间存在的同频干扰，从而提高通信系统的通信吞吐量。通信吞吐量。通信吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
一种多星的动态资源分配方法


[0001]本专利技术涉及一种多星的动态资源分配方法。

技术介绍

[0002]多波束低轨卫星通信系统利用多波束天线技术在卫星覆盖范围内产生多个相互隔离的子波束，以向基础设施薄弱的地区提供宽带接入服务。系统运行时，低轨卫星与地球之间一直在做高速的相对运动，其覆盖区域的信道条件与地面业务量请求也会迅速发生变化。但现有的多星多波束低轨卫星通信系统中，不同卫星的子波束间由于频带重用而产生的同频干扰较大，而分配到每个子波束的功率与频带通常是固定不变的。这使得现有的资源配置方式无法适应迅速变化的信道条件与地面业务量请求，从而导致各个子波束基本处于“劳逸不均”的状态，造成通信资源的巨大浪费，再加上低轨卫星体积小、重量轻，其星上资源也受到严重限制，故很难实现多样化业务的高效传输以及热点区域的随需覆盖，也影响了卫星通信系统的通信吞吐量。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提出一种多星的动态资源分配方法，能够实现多样化业务的高效传输以及热点区域的随需覆盖，且能够有效降低不同卫星的子波束间存在的同频干扰，从而提高通信系统的通信吞吐量。
[0004]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0005]一种多星的动态资源分配方法，包括如下步骤：
[0006]步骤S1、构建基于多星多波束的通信系统模型；
[0007]步骤S2、根据通信系统模型历史数据的统计获取信道衰减系数均值，利用信道衰减系数均值构建干扰图，并结合业务量需求和信道衰减系数均值进行时频资源格的预分配；
[0008]步骤S3、各卫星利用贝尔曼方程，根据时频资源格的预分配结果，从最后一个时隙开始，依次向前求解各时隙到最后一个时隙的系统最大吞吐量；
[0009]步骤S4、从第一个时隙开始，利用实时的信道衰减系数构建当前时隙的干扰图，并结合业务量需求和实时的信道衰减系数获取最优的时频资源格分配方案；
[0010]步骤S5、通过CVX求解器求解第一凸问题，以得到当前时隙的最优功率分配方案，第一凸问题与当前时隙实时的信道衰减系数、步骤S3所求的系统最大吞吐量、步骤S4所求的时频资源格分配方案有关；
[0011]步骤S6、根据步骤S5所得的当前时隙的最优功率分配方案，更新下一时隙的可用总功率、更新当前卫星所有子波束的业务量需求，并进入步骤S4进行下一时隙的最优功率分配，直至最后一个时隙分配完成。
[0012]进一步的，所述步骤S1中，所述通信系统模型通过公式
表示，其中，D
sum
代表系统总平均吞吐量，J代表卫星数目，M代表卫星子波束数目，K代表时隙数目，N代表子载波数目，B
c
代表系统带宽，代表被卫星j的波束m服务的小区中的用户，在时隙k占用子载波n时的信干燥比，其通过公式表示，其中，N0代表噪声功率，代表时频资源格分配系数，若则代表时频资源格中的子载波n与时隙k被分配给卫星j的子波束m，若则代表未被分配，代表功率分配系数，表示卫星j的子波束m在占用子载波n与时隙k时被分配的功率，满足其中P
max
代表卫星总发射功率，代表在时隙k时卫星j发射波束m到其所服务的小区的信道衰减系数。
[0013]进一步的，所述步骤S2中，构建干扰图包括如下步骤：
[0014]步骤21、初始化干扰图E，定义在k时隙下，系若统中两子波束a与b可以被分配同一时频资源格，则E(a,b,k)＝0，否则，将二者相连，并且令E(a,b,k)＝1；
[0015]步骤S22、根据同一卫星发射的各子波束不会占用同一时频资源格的原则，将各卫星发射的子波束间彼此连接；
[0016]步骤S23、比较卫星j发射的子波束m的有用信号信道衰减系数均值与另一卫星j
′
对该波束的干扰信号信道衰减系数均值同时比较卫星j
′
发送的子波束m'的有用信号信道衰减系数与卫星j对该波束的干扰信号信道衰减系数均值若满足或者则E(m,m',k)＝1，否则，E(m,m',k)＝0，其中，为由通信系统模型的历史数据统计获取。
[0017]进一步的，所述步骤S2中，时频资源格的预分配包括如下步骤：
[0018]步骤S24、初始化时频资源格分配系数
[0019]步骤S25、对第p个时频资源格进行分配，p初始值为1；
[0020]步骤S26、根据公式确定当前业务量需求最大的子波束m
*
，令该子波束m
*
对应的时频资源格分配系数则该子波束m
*
的剩余业务量需求为
[0021]步骤S27、继续选择其他卫星中业务量需求最大的子波束m
**
进行时频资源格的分配，该子波束m
**
应保证满足约束条件E(m
*
,m
**
,k)＝0；
[0022]步骤S28、令p＝p+1，并进入步骤S25继续进行分配，直至全部时频资源格都分配完，得到最优的时频资源格分配方案
[0023]进一步的，所述步骤S3具体包括如下步骤：
[0024]步骤S31、令表示卫星j在时隙k可利用的总功率，表示卫星j在时隙k消耗的总功率，两者满足约束
[0025]步骤S32、将与离散化为L+1个状态，即
[0026]步骤S33、对于最后一个时隙K，利用CVX求解器求解第二凸问题同时将依次设置为且令表示本时隙的系统最大吞吐量；
[0027]步骤S34、对于第k个时隙，利用CVX求解器求解第三凸问题同时将依次设置为且令表示本时隙到最后一个时隙的系统最大吞吐量，其中，k的初始值为k＝K
‑
1；
[0028]步骤S35、令k＝k
‑
1，当k>0时，进入步骤S34，否则，结束本步骤；
[0029]其中，L为整数。
[0030]进一步的，所述步骤S4具体包括如下步骤：
[0031]步骤S41、构建当前第k时隙的干扰图E(m,m',k)：比较卫星j发射的子波束m的有用信号实时信道衰减系数与另一卫星j
′
对该波束的干扰信号实时信道衰减系数均值同时比较卫星j
′
发送的子波束m'的有用信号实时信道衰减系数与卫星j对该波束的干扰信号实时信道衰减系数均值若满足或者则E(m,m',k)＝1，否则，E(m,m',k)＝0，其中，k的初始值为1；
[0032]步骤S42、初始化第k时隙的时频资源格分配系数
[0033]步骤S43、对第p个时频资源格进行分配，p初始值为1；
[0034]步骤S44、根据公式确定当前业务量需求最大的子波束m
*
，令该子
波束m
*
对应的时频资源格分配系数
[0035]步骤S45、继续选择其他卫星中业务量需求最大的子波束m
**
进行时频资源格的分配，该子波束m
**
应保证满足约束条件E(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多星的动态资源分配方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1、构建基于多星多波束的通信系统模型；步骤S2、根据通信系统模型历史数据的统计获取信道衰减系数均值，利用信道衰减系数均值构建干扰图，并结合业务量需求和信道衰减系数均值进行时频资源格的预分配；步骤S3、各卫星利用贝尔曼方程，根据时频资源格的预分配结果，从最后一个时隙开始，依次向前求解各时隙到最后一个时隙的系统最大吞吐量；步骤S4、从第一个时隙开始，利用实时的信道衰减系数构建当前时隙的干扰图，并结合业务量需求和实时的信道衰减系数获取最优的时频资源格分配方案；步骤S5、通过CVX求解器求解第一凸问题，以得到当前时隙的最优功率分配方案，第一凸问题与当前时隙实时的信道衰减系数、步骤S3所求的系统最大吞吐量、步骤S4所求的时频资源格分配方案有关；步骤S6、根据步骤S5所得的当前时隙的最优功率分配方案，更新下一时隙的可用总功率、更新当前卫星所有子波束的业务量需求，并进入步骤S4进行下一时隙的最优功率分配，直至最后一个时隙分配完成。2.根据权利要求1所述的一种多星的动态资源分配方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述通信系统模型通过公式表示，其中，D
sum
代表系统总平均吞吐量，J代表卫星数目，M代表卫星子波束数目，K代表时隙数目，N代表子载波数目，B
c
代表系统带宽，代表被卫星j的波束m服务的小区中的用户，在时隙k占用子载波n时的信干燥比，其通过公式表示，其中，N0代表噪声功率，代表时频资源格分配系数，若则代表时频资源格中的子载波n与时隙k被分配给卫星j的子波束m，若则代表未被分配，代表功率分配系数，表示卫星j的子波束m在占用子载波n与时隙k时被分配的功率，满足其中P
max
代表卫星总发射功率，代表在时隙k时卫星j发射波束m到其所服务的小区的信道衰减系数。3.根据权利要求2所述的一种多星的动态资源分配方法，其特征在于：所述步骤S2中，构建干扰图包括如下步骤：步骤21、初始化干扰图E，定义在k时隙下，系若统中两子波束a与b可以被分配同一时频资源格，则E(a,b,k)＝0，否则，将二者相连，并且令E(a,b,k)＝1；步骤S22、根据同一卫星发射的各子波束不会占用同一时频资源格的原则，将各卫星发射的子波束间彼此连接；步骤S23、比较卫星j发射的子波束m的有用信号信道衰减系数均值与另一卫星j
′
对该波束的干扰信号信道衰减系数均值同时比较卫星j
′
发送的子波束m'的有用信号信道衰减系数与卫星j对该波束的干扰信号信道衰减系数均值若满足
或者则E(m,m',k)＝1，否则，E(m,m',k)＝0，其中，为由通信系统模型的历史数据统计获取。4.根据权利要求3所述的一种多星的动态资源分配方法，其特征在于：所述步骤S2中，时频资源格的预分配包括如下步骤：步骤S24、初始化时频资源格分配系数步骤S25、对第p个时频资源格进行分配，p初始值为1；步骤S26、根据公式确定当前业务量需求最大的子波束m
*
，令该子波束m
*
对应的时频资源格分配系数则该子波束m
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾鸣，王新尧，王英杰，费泽松，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：