一种基于空间域和功率域资源联合调度的卫星物联网容量提升方法技术

本发明专利技术属于卫星通信技术领域，公开了一种基于空间域和功率域资源联合调度的卫星物联网容量提升方法，包括基于统计信道的下行链路波束成形和基于统计信道的上行链路波束成形两部分。基于统计信道的下行链路波束成形，考虑到低轨卫星上可用的功率有限，通过优化波束成形矢量来最小化卫星的发射功耗，簇头向物联网传输数据也进行了功率优化来最大化总速率，同时满足下行场景下的传输需求；基于统计信道的上行链路波束成形，建立了两个上行总速率最大化模型，得到物联网终端最优的发送功率和卫星波束成形矢量。本方法通过利用空间和功率资源，显著提高了卫星物联网传输容量。显著提高了卫星物联网传输容量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间域和功率域资源联合调度的卫星物联网容量提升方法


[0001]本专利技术属于卫星通信
，具体的的说是涉及一种基于空间域和功率域资源联合调度的卫星物联网容量提升方法。

技术介绍

[0002]由于物联网网络可以实现万物互联的愿景，所以物联网成为5G和即将到来的6G通信系统的关键驱动力。此外，到2025年，物联网终端数量可能超过270亿，这显示出巨大的发展潜力。然而，如此庞大的物联网终端给物联网网络带来了巨大的挑战，特别是在海洋、山区和沙漠等偏远地区。这些挑战是由于在偏远地区部署物联网基站可能具有挑战性和不经济性。与人口主要生活区域相比，这些孤立区域对物联网网络的依赖程度较高，如环境监测、智能农业、海洋监测等。此外，陆地物联网基站可能会受到自然灾害的干扰，如洪水、地震和海啸。相反，在卫星上部署物联网基站可以被视为地面物联网网络的补充和延伸，因为卫星可以克服上述孤立地区物联网基站的缺乏。此外，与静止轨道卫星相比，低轨卫星可能更适合物联网，因为低轨卫星与物联网终端之间的距离要短得多。
[0003]基于卫星的物联网已经引起了人们的广本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间域和功率域资源联合调度的卫星物联网容量提升方法，其特征在于：所述卫星物联网容量提升方法包括如下步骤：步骤1：基于统计信道的下行链路波束成形：包括波束成形矢量优化和功率分配两部分；步骤2：基于统计信道的上行链路波束成形：包括功率分配和波束成形矢量优化两部分。2.根据权利要求1所述的一种基于空间域和功率域资源联合调度的卫星物联网容量提升方法，其特征在于：步骤1中，基于统计信道的下行链路波束成形的波束成形矢量优化为：在卫星到簇头的传输过程中，以最小化卫星功耗为目标函数，为满足传输需求，设置了信干噪比约束，然后求解优化函数，得到波束成形矢量；基于统计信道的下行链路波束成形的功率分配为：在簇头到物联网终端的传输过程中，以最大化总速率为目标函数，为满足传输需求，设置了信干噪比约束，假设每个簇头总功率固定，对信道条件好的终端少分配功率，然后求解优化函数，得到每个物联网终端的功率分配系数。3.根据权利要求2所述的一种基于空间域和功率域资源联合调度的卫星物联网容量提升方法，其特征在于：所述步骤1中具体包括如下步骤：步骤1
‑
1：不失一般性，考虑第m个簇的簇头，在这个簇头处接收到的信号写成：其中，M表示簇头个数，为第m波束的卫星发射信号，N
m
是第m个波束内物联网终端的个数，α
m,n
是第m个簇内第n个终端的功率，s
m,n
是第m个簇内第n个终端的信号，w
j
是第j个波束的波束成形矢量，h
m
是卫星和第m个簇头之间的信道模型，是卫星和第m个簇头之间的信道模型，和f
c
分别表示多普勒频移和载频，表示传播时延，g
m
是卫星和第m个簇头之间链路的信道增益，n
ch,m
是信道噪声；第m个集群的簇头将其接收到的数据进一步转发给它所服务的终端，由于传输距离长，传输损耗大，假设物联网终端无法接收其他簇头发送的信号，因此，在第m个集群的第n个终端接收的信号表示为：其中，n
m,n
是均值为零，方差为的加性高斯噪声，h
m,n
表示第m个簇内的第n个终端到簇头之间链路的瞬时信道状态信息，其均值为零，单位方差；考虑不完全连续干扰消除，有：
其中，β
′
m,n
和β
m,n

【专利技术属性】
技术研发人员：丁晓进，张更新，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：