一种基于跳波束的双层卫星网络功率和带宽联合分配方法组成比例

本发明专利技术提供了一种基于跳波束的双层卫星网络功率和带宽联合分配方法，确定所提分配方法的输入参数，初始化波束功率，计算理想带宽和波束带宽，计算被服务的K个地面终端的波束发射功率，从干扰数据库中获得LEO卫星波束对应的GEO卫星的干扰，计算LEO卫星波束对GEO卫星的总干扰，从而输出波束带宽和波束功率。本发明专利技术在干扰抑制条件下以最小化供需差异为目标的带宽和功率分配方法，所提的功率和带宽联合分配方法，与带宽、功率平均分配和带宽平均，功率注水的两种主流分配方法相比，具有通信流量供需差最小和计算时间最短两方面巨大优势。本发明专利技术最终实现最大化利用卫星资源。实现最大化利用卫星资源。实现最大化利用卫星资源。

【技术实现步骤摘要】
一种基于跳波束的双层卫星网络功率和带宽联合分配方法


[0001]本专利技术涉及无线通信
，在由GEO卫星和LEO卫星构成的双层通信网络中，设计一种基于跳波束技术的按需资源分配方法，使得卫星在干扰门限限制下，根据通信需求分配带宽资源，进而优化波束功率，从而达到最大化卫星资源利用率的目的。

技术介绍

[0002]在卫星通信网络中，地面终端流量需求分布极为不均匀。传统多波束卫星中固定比例的带宽和功率分配方式易导致供需失配，造成巨大的通信资源浪费。采用跳波束技术的卫星通过从时间、空间、带宽、功率等多个维度对资源进行灵活分配及利用，可以使得地面终端获得灵活高效的资源配置。
[0003]文献1“Y.Li,Z.Luo,W.Zhou and J.Zhu,"Benefits analysis of beam hopping in satellite mobile system with unevenly distributed traffic,"China Communications,vol.18,no.9,pp.11
‑
23,Sept.2021.”对于卫星移动通信系统中波束不均匀的情况下，进行了跳波束的效率分析，对跳波束技术的应用及资源分配提供了数据参考。
[0004]文献2“J.Tang,D.Bian,G.Li,J.Hu and J.Cheng,"Resource Allocation for LEO Beam
‑
Hopping Satellites in a Spectrum Sharing Scenario,"IEEE Access,vol.9,pp.56468
‑
56478,2021.”介绍了频谱共享场景下，LEO跳波束卫星的资源分配方法及研究。
[0005]文献3“P.Zuo,T.Peng,W.Linghu and W.Wang,"Resource Allocation for Cognitive Satellite Communications Downlink,"IEEE Access,vol.6,pp.75192
‑
75205,2018.”采用跳波束技术，以最小化供需差异为目标，分别从时间、频率、功率和空间维度进行资源分配，以提高频谱效率，最大化利用卫星资源。
[0006]综上，在双层卫星网络中存在频谱资源紧张、网络干扰态势复杂、通信流量供需失衡等问题背景下，如何进行多维域的资源分配，实现最大化利用卫星资源是目前的技术难题。

技术实现思路

[0007]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于跳波束的双层卫星网络功率和带宽联合分配方法。本专利技术提出一种基于干扰抑制的跳波束卫星功率和带宽联合分配方法，与带宽、功率平均分配和带宽平均、功率注水的两种主流分配方法相比，本方法具有通信流量供需差最小和计算时间最短两方面优势。本专利技术提供一种在双层GEO/LEO卫星网络中，跳波束LEO卫星在干扰抑制条件下以最小化供需差异为目标的带宽和功率分配方法，所提的功率和带宽联合分配方法，与带宽、功率平均分配和带宽平均，功率注水的两种主流分配方法相比，具有通信流量供需差最小和计算时间最短两方面巨大优势。
[0008]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0009]步骤1：确定所提分配方法的输入参数：LEO卫星发射总功率P
tot
，总带宽B
tot
，GEO卫
星对K个LEO点亮终端的干扰其中表示GEO卫星对第k个LEO点亮终端的干扰，LEO卫星与K个点亮终端的信道矩阵为h＝[h1,...,h
k
…
,h
K
]，其中h
k
表示GEO卫星对第k个LEO点亮终端的信道系数，K个点亮终端的流量需求d＝d1,
…
,d
k
…
,d
K
，其中d
k
表示GEO卫星对第k个LEO点亮终端的流量需求，LEO卫星对GEO卫星的干扰阈值为I
TH
，LEO卫星波束对GEO卫星的干扰数据库是滴i
leo
；
[0010]步骤2：初始化波束功率P＝P1,
…
,P
k
…
,P
K
，其中P
k
为第k个波束的功率，各波束功率平均分配，服务终端k的波束功率为
[0011]步骤3：根据终端的流量需求d
k
的计算公式求得理想带宽其中噪声功率n0＝
‑
117dBW；
[0012]步骤4：根据实际总带宽，计算波束带宽B＝B1,
…
,B
k
,
…
,B
K
，其中分配给终端k的实际带宽
[0013]步骤5：求解终端k基于拉朗格朗日乘子法的凸优化解参数
[0014]步骤6：求解拉朗格朗日乘子
[0015]步骤7：计算被服务的K个地面终端的波束发射功率P＝P1,
…
,P
K
，其中分配给终端k的功率为“+”表示该值取值非负；
[0016]步骤8：根据波束带宽B
k
和功率P
k
从干扰数据库中获得LEO卫星波束k对应的GEO卫星的干扰
[0017]步骤9：计算LEO卫星波束对GEO卫星的总干扰
[0018]步骤10：判断LEO卫星波束对GEO卫星的干扰I
leo
是否超出干扰阈值I
TH
，如果I
leo
＞I
TH
，进入步骤11，如果I
leo
≤I
TH
，进入步骤12；
[0019]步骤11：降低总功率P
tot
＝P
tot
×
α，其中α为功率削弱因子，因此0＜α＜1，功率降低后返回步骤2；
[0020]步骤12：输出波束带宽B＝B1,
…
,
…
,B
K
和波束功率P＝P1,
…
,P
K
。
[0021]所述LEO卫星发射总功率P
tot
为20dbW～30dbW。
[0022]所述总带宽B
tot
＝500Mhz。
[0023]任意点亮终端k得到LEO波束服务时，根据GEO卫星对K个LEO点亮终端的干扰
可知GEO对第k个LEO点亮终端的干扰为：
‑
125dbW～
‑
95dbW。
[0024]所述信道系数h
k
为0.5～1；
[0025]所述地面终端需求d
k
为0.1Gbps～1.1Gbps。
[0026]所述LEO卫星点亮终端数目K取值为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于跳波束的双层卫星网络功率和带宽联合分配方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：确定所提分配方法的输入参数：LEO卫星发射总功率P
tot
，总带宽B
tot
，GEO卫星对K个LEO点亮终端的干扰其中表示GEO卫星对第k个LEO点亮终端的干扰，LEO卫星与K个点亮终端的信道矩阵为h＝[h1，
…
，h
k
…
，h
K
]，其中h
k
表示GEO卫星对第k个LEO点亮终端的信道系数，K个点亮终端的流量需求d＝d1，
…
，d
k
…
，d
K
，其中d
k
表示GEO卫星对第k个LEO点亮终端的流量需求，LEO卫星对GEO卫星的干扰阈值为I
TH
，LEO卫星波束对GEO卫星的干扰数据库是滴i
leo
；步骤2：初始化波束功率P＝P1，
…
，P
k
…
，P
K
，其中P
k
为第k个波束的功率，各波束功率平均分配，服务终端k的波束功率为步骤3：根据终端的流量需求d
k
的计算公式求得理想带宽其中噪声功率n0＝
‑
117dBW；步骤4：根据实际总带宽，计算波束带宽B＝B1，
…
，B
k
，
…
，B
K
，其中分配给终端k的实际带宽步骤5：求解终端k基于拉朗格朗日乘子法的凸优化解参数步骤6：求解拉朗格朗日乘子步骤7：计算被服务的K个地面终端的波束发射功率P＝P1，
…
，P
K
，其中分配给终端k的功率为“+”表示该值取值非负；步骤8：根据波束带宽B
k
和功率P
k
从干扰数据库中获得LEO卫星波束k对应的GEO卫星的干扰步骤9：计算LEO卫星波束对GEO卫星的总干扰步骤10：判断LEO卫星波束对GEO卫星的干扰I
leo
是否超出干扰阈值I
TH
，如果I

【专利技术属性】
技术研发人员：樊晔，李童，贺文正，姚如贵，左晓亚，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：