一种基于回溯搜索的高通量卫星频率计划排布方法技术

本发明专利技术公开了一种基于回溯搜索的高通量卫星频率计划排布方法，包括输入可用总频带、区域数量、各区域波束数量与波束宽度、各区域内的单波束需求带宽及对应数量组合、波束拓扑关系、系统总带宽、信关站是否使用双极化、各区域是否使用多馈源合成天线；按照从大波束到小波束、从频段禁忌多到频段禁忌少的顺序，依次为各波束分配频带，当某波束没有可选频段时，回溯至与其相邻的已完成分配的前一波束并重新为该波束分配其他频段，最终输出各波束分配的频段及对应的信关站。本发明专利技术中，可获得满足多种转发器、天线可行性约束的频率计划排布方案，且摆脱对人工手动排布的依赖，时间周期小于10分钟，利于方案寻优及扩展至大规模非等宽波束场景。波束场景。波束场景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于回溯搜索的高通量卫星频率计划排布方法


[0001]本专利技术涉及高通量卫星频率计划排布方法
，尤其涉及一种基于回溯搜索的高通量卫星频率计划排布方法。

技术介绍

[0002]经过几十年的发展，高通量卫星的服务能力得到明显提升。但是，星上资源分配不当将使我们无法充分利用其各种优势。频率资源作为星上最宝贵资源之一，其规划与管理是高通量卫星设计和优化的一个关键问题。如果在高通量卫星整体设计规划时频率管理得不好，就会造成卫星系统载干比、有效容量等性能指标恶化，进而影响用户体验，无法实现卫星资源的充分利用。
[0003]传统高通量通信卫星转发器的频率计划排布大多采用均匀的多色复用分配方案。然而一旦不同波束之间用户需求不均衡，就会导致资源“忙闲不均”，影响卫星资源利用率和用户的服务质量。因此，有必要研究星上频率计划灵活排布方法，以有效缓解波束间“忙闲不均”现象，提升系统对用户容量需求的匹配率。
[0004]在对高通量卫星进行频率计划灵活排布时，现有的方法存在两种重要的缺陷：
[0005](1)未全面考虑转发器、天线可行性约束，如：同频、同极化波束不相邻；所有关口站两个极化频率资源需排满，上边带和下边带尽量分段对齐；上行频率和下行频率尽量整段变频且变频关系尽量不多于3种；波束之间最小保护带宽为相邻宽波束带宽的10％；如果天线为多馈源合成方式，采用多馈源合成的波束需“按列同极化”分布；大波束相邻的小波束频率同频间隔需大于一个大波束宽度；相邻大波束的频率需异频且尽量远等。因此，生成的频率计划无法在实际型号中。
[0006](2)针对型号的实用频率计划过分依赖于人工手动排布，时间周期长，无法形成方案寻优，且大规模非等宽波束时难以得到可行解。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于：为了解决上述问题，面向大规模非等宽波束且各波束带宽需求不均衡场景，而提出的一种基于回溯搜索的高通量卫星频率计划排布方法，提升卫星设计能力，实现更好的卫星资源利用率和用户服务质量。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0009]一种基于回溯搜索的高通量卫星频率计划排布方法，包括输入可用总频带、区域数量、各区域波束数量与波束宽度、各区域内的单波束需求带宽及对应数量组合、波束拓扑关系、系统总带宽、信关站是否使用双极化、各区域是否使用多馈源合成天线；
[0010]按照从大波束到小波束、从频段禁忌多到频段禁忌少的顺序，依次为各波束分配频带，当某波束没有可选频段时，回溯至与其相邻的已完成分配的前一波束并重新为该波束分配其他频段，最终输出各波束分配的频段及对应的信关站。
[0011]优选地，包括以下步骤：
[0012]S1、初始化输入参数：
[0013]人工输入用户下行可用频带[f1，f2]，f1、f2为正，单位为GHz，且f2大于f1；
[0014]人工输入区域数量m，m为正整数，单区域内波束宽度相同，所有区域编号集合M为{1，2，
…
，m}；
[0015]人工输入各区域波束数量向量N，第i个向量元素N
i
代表区域i内的波束数量，N
i
为正整数且i∈M；所有波束编号集合Q为{1，2，
…
，q}，
[0016]人工输入各区域波束宽度向量B，第i个向量元素B
i
代表区域i内的波束宽度，B
i
为正，单位为度，且i∈M；
[0017]人工输入各区域内的单波束需求带宽及对应数量元胞数组S，共包含m个元胞；第i个元胞为一个矩阵S
(i)
,i∈M，S
(i)
包含u行2列，u为正整数且不同的i可对应不同的u，代表区域i内包含u种单波束需求带宽；第v行第1列的矩阵元素代表区域i内第v种单波束需求带宽值，第v行第2列的矩阵元素代表区域i内第v种单波束需求带宽值对应的波束数量，i为正整数且v≤u；
[0018]S2、根据波束带宽需求将系统总频段资源划分为子频段集合Δ；可用频带[f1，f2]的数量δ为系统总带宽除以可用频带带宽，即若为双极化，则左、右极化的频带数量分别为δ/2；
[0019]S3、对极化定义库、频段禁忌库、已分配波束号库和频段总资源库进行初始化；
[0020]S4、将各区域按照波束宽度从大到小排序，区域编号依次为λ1,λ2,Lλ
m
；
[0021]S5、将区域λ1的最中心波束作为待分配波束；
[0022]S6、从矩阵随机选择一行，行数记为θ，将第θ行第1列的元素值作为待分配波束的带宽需求；
[0023]S7、从频段总资源库中随机选取一个满足如下条件的子频段分配给待分配波束：子频段带宽等于待分配波束带宽需求；若待分配波束对应的极化定义库中元素值不为0，则子频段极化值需与此元素值相同，否则无要求；
[0024]S8、将待分配波束加到已分配波束号库中；
[0025]S9、将区域λ1中与待分配波束相邻且不属于已分配波束号库的波束作为待分配波束集合；
[0026]S10、将待分配波束集合中的第一个波束重新确定为待分配波束；
[0027]S11、按照上述步骤S6
‑
S8的方法，为待分配波束分配子频段并更新已分配波束号库、矩阵频段总资源库、频段禁忌库和极化定义库，若无满足条件的子频段可选，则回溯至与待分配波束相邻且属于已分配波束号库的波束，将其确定为新的待分配波束，按照步骤S6
‑
S8的方法重新开始分配；
[0028]S12、将区域λ1中与待分配波束相邻且不属于已分配波束号库或待分配波束集合的波束加到待分配波束集合中，并将待分配波束从待分配波束集合中删除，形成新的待分配波束集合；
[0029]S13、重复步骤S10
‑
S12的方法，直至为区域λ1内的所有波束完成子频段分配；
[0030]S14、按照步骤S5
‑
S13的方法，依次为区域λ2,Lλ
m
完成分配，其中步骤S5需调整为：将区域λ2、
…
、或λ
m
内频段禁忌最多的波束作为待分配波束；
[0031]S15、输出各波束对应的子频段，作为最终的频率计划排布方案。
[0032]优选地，步骤S1中人工输入波束间的拓扑关系矩阵T，矩阵元素T
xy
代表编号为x的波束与编号为y的波束是否相邻，若相邻，则T
xy
＝1，若不相邻，则T
xy
＝0；若编号为x的波束与编号为y的波束宽度不同，二者间隔小于大波束宽度时即判为相邻；
[0033]人工输入系统总带宽G，G为正数，单位为GHz；
[0034]人工输入信关站是否使用双极化α，若使用，则α＝1，若不使用，则α＝0；
[0035]人工输入用户是否使用双极化β，若使用，则β＝1，若不使用，则β＝0；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于回溯搜索的高通量卫星频率计划排布方法，其特征在于，包括输入可用总频带、区域数量、各区域波束数量与波束宽度、各区域内的单波束需求带宽及对应数量组合、波束拓扑关系、系统总带宽、信关站是否使用双极化、各区域是否使用多馈源合成天线；按照从大波束到小波束、从频段禁忌多到频段禁忌少的顺序，依次为各波束分配频带，当某波束没有可选频段时，回溯至与其相邻的已完成分配的前一波束并重新为该波束分配其他频段，最终输出各波束分配的频段及对应的信关站。2.根据权利要求1所述的一种基于回溯搜索的高通量卫星频率计划排布方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、初始化输入参数：人工输入用户下行可用频带[f1，f2]，f1、f2为正，单位为GHz，且f2大于f1；人工输入区域数量m，m为正整数，单区域内波束宽度相同，所有区域编号集合M为{1，2，
…
，m}；人工输入各区域波束数量向量N，第i个向量元素N
i
代表区域i内的波束数量，N
i
为正整数且i∈M；所有波束编号集合Q为{1，2，
…
，q}，人工输入各区域波束宽度向量B，第i个向量元素B
i
代表区域i内的波束宽度，B
i
为正，单位为度，且i∈M；人工输入各区域内的单波束需求带宽及对应数量元胞数组S，共包含m个元胞；第i个元胞为一个矩阵S
(i)
,i∈M，S
(i)
包含u行2列，u为正整数且不同的i可对应不同的u，代表区域i内包含u种单波束需求带宽；第v行第1列的矩阵元素代表区域i内第v种单波束需求带宽值，第v行第2列的矩阵元素代表区域i内第v种单波束需求带宽值对应的波束数量，i为正整数且v≤u；S2、根据波束带宽需求将系统总频段资源划分为子频段集合Δ；可用频带[f1，f2]的数量δ为系统总带宽除以可用频带带宽，即若为双极化，则左、右极化的频带数量分别为δ/2；S3、对极化定义库、频段禁忌库、已分配波束号库和频段总资源库进行初始化；S4、将各区域按照波束宽度从大到小排序，区域编号依次为λ1,λ2,Lλ
m
；S5、将区域λ1的最中心波束作为待分配波束；S6、从矩阵随机选择一行，行数记为θ，将第θ行第1列的元素值作为待分配波束的带宽需求；S7、从频段总资源库中随机选取一个满足如下条件的子频段分配给待分配波束：子频段带宽等于待分配波束带宽需求；若待分配波束对应的极化定义库中元素值不为0，则子频段极化值需与此元素值相同，否则无要求；S8、将待分配波束加到已分配波束号库中；S9、将区域λ1中与待分配波束相邻且不属于已分配波束号库的波束作为待分配波束集合；
S10、将待分配波束集合中的第一个波束重新确定为待分配波束；S11、按照上述步骤S6
‑
S8的方法，为待分配波束分配子频段并更新已分配波束号库、矩阵频段总资源库、频段禁忌库和极化定义库，若无满足条件的子频段可选，则回溯至与待分配波束相邻且属于已分配波束号库的波束，将其确定为新的待分配波束，按照步骤S6
‑
S8的方法重新开始分配；S12、将区域λ1中与待分配波束相邻且不属于已分配波束号库或待分配波束集合的波束加到待分配波束集合中，并将待分配波束从待分配波束集合中删除，形成新的待分配波束集合；S13、重复步骤S10
‑
S12的方法，直至为区域λ1内的所有波束完成子频段分配；S14、按照步骤S5
‑
S13的方法，依次为区域λ2,Lλ
m
完成分配，其中步骤S5需调整为：将区域λ2、
…
、或λ
m
内频段禁忌最多的波束作为待分配波束；S15、输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：董赞扬，秦鹏飞，周业军，张程，衣龙腾，冯瑄，戚凯强，禹航，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：