一种基于制造技术

本发明专利技术公开了一种基于

【技术实现步骤摘要】
一种基于DVB
‑
S2帧结构的卫星通信用户分组方法


[0001]本专利技术涉及卫星通信领域，尤其涉及一种基于
DVB
‑
S2
帧结构的卫星通信用户分组方法
。

技术介绍

[0002]为提高多波束卫星通信系统的频谱效率，单颗卫星往往同时服务大量用户，即不同用户的数据在相同频段被同时发送，此时采用发送端波束赋形可以显著降低用户间干扰，提升系统容量
。
区别于地面蜂窝网络普遍采用的基于用户
(user
‑
by
‑
user)
的传输策略，卫星通信系统由于其广播特性，为提高编码和数据传输效率，通常将多个用户组成一个数据帧发送，例如
DVB
‑
S2
标准采用的超帧
(super frame,SF)
结构
。
基于
DVB
‑
S2
超帧结构的波束赋形即对应了地面蜂窝网的物理层多播波束赋形，即此时的波束赋形策略是基于用户组
/
帧的
(group
‑
by
‑
group)
多组多播波束赋形
。
这种基于用户组
/
帧的多播传输，其波束赋形效果受到同一帧内信噪比最差的用户影响
。
因此，需要合理的用户分组
(
组帧
)
，以利于后续波束赋形达到消除组间干扰的效果，从而提升系统整体性能
。
[0003]为利于多组多播波束赋形，使其达到保障组内性能
、
降低组间干扰的效果，用户分组的基本原则是将信道相关度高的用户分至同一个多播组，而组与组之间的信道则应尽量正交
。
其中，准确
、
合理度量用户之间以及多播组之间的信道相关性或正交性是用户分组的关键
。
应注意到，由于卫星高度的关系，卫星用户信道往往高度相关，因此设计组间正交性强的用户分组算法尤其困难；同时，多个多播组之间的性能相互耦合，亦增加了用户分组的难度
。
考虑到信道信息获取或计算方面的复杂度，现有很多工作采用用户位置或信道信息来计算欧式距离，作为信道相关性
(
或正交性
)
度量的近似，用于设计用户分组
(
调度
)
策略
。
文献“Multicast Multigroup Precoding and User Scheduling for Frame
‑
Based Satellite Communications”(
基于卫星通信帧结构的多组多播预编码及用户调度，
IEEE TWC 2015)
首次揭示基于
DVB
‑
S2
超帧结构的卫星端预编码实则对应了物理层多播波束赋形，据此提出了面向多播传输的卫星用户分组
(multicast aware user scheduling
，下文简称
MAUS)
算法
。MAUS
算法限定多播组的数目为卫星发送天线数目，且每个多播组所含用户数目相同，算法主要分为两个步骤：第一步基于信道半正交化方法选出与卫星发送天线数相同数目的用户，以所选用户信道表示一个多播组；第二步将未处理的用户按照其与第一步选出的代表用户的信道余弦相似度划分至信道相关度最高的多播组
。MAUS
算法采用信道半正交化方法选取多播组代表用户本质上是基于格拉姆－施密特
(Gram
‑
Schmidt)
正交化思想选取信道尽量正交的用户，但是其简单选取信道模值最大者作为第一个用户，并未考虑所有用户信道的方向相关性；其次，
MAUS
算法选取多播组组内成员时，仅将用户信道与该多播组的固定代表用户比较，而该代表用户的信道随着多播组成员的加入已不再能够真实反映该多播组整体信道情况，不利于组内多播波束赋形向量设计
。
[0004]因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于
DVB
‑
S2
帧结构的卫星通信用户分组方法，解决多播传输模式下的多波束卫星系统用户分组
(
组帧
)
问题
。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是卫星通信多播传输模式下的多波束卫星系统用户分组
(
组帧
)
问题
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于
DVB
‑
S2
帧结构的卫星通信用户分组方法，包括以下步骤：
[0007]步骤
1、
基于行列式值最大化的多播组代表用户选择；
[0008]步骤
2、
基于线性投影的多播组成员用户选择；
[0009]步骤
3、
求解多组多播波束赋形因子
。
[0010]进一步地，所述步骤1，采用信道矩阵的行列式值度量用户信道之间的正交性
。
[0011]进一步地，所述步骤1，采用贪婪算法实现问题求解
。
[0012]进一步地，所述步骤1包括以下步骤：
[0013]步骤
1.1、
用户信道矩阵为
H
κ
＝
[h1；
…
；
h
K
]，
h
i
表示第个用户的信道，为一个
N
t
×1维的复向量，其中
N
t
为发送天线数，表示
K
个单天线用户的集合
。
计算全局信道矩阵
(
此处表示矩阵的埃尔米特
Hermitian
转置
)
，并对该全局信息矩阵做特征值分解如下
[0014][0015]其中
Λ
为对角阵，其对角线元素为的特征值，
V
为特征向量组成的矩阵
。
[0016]步骤
1.2、
利用全局信道矩阵的特征值分解，对用户信道进行线性换基变换，
[0017][0018]即变换后的用户信道对应了用户信道的线性变换
[0019][0020]步骤
1.3、
根据线性变换后的用户信道从用户集合中依次选取
N
t
个代表用户，确定代表用户集合
[0021]进一步地，所述步骤
1.3
包括以下步骤：
[0022]步骤
1.3.1、
初始化代表用户集合即初始时刻的代表用户集合为空集，以
l
表示迭代次数并初始化<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
DVB
‑
S2
帧结构的卫星通信用户分组方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1、
基于行列式值最大化的多播组代表用户选择；步骤
2、
基于线性投影的多播组成员用户选择；步骤
3、
求解多组多播波束赋形因子
。2.
如权利要求1所述的基于
DVB
‑
S2
帧结构的卫星通信用户分组方法，其特征在于，所述步骤1，采用信道矩阵的行列式值度量用户信道之间的正交性
。3.
如权利要求1所述的基于
DVB
‑
S2
帧结构的卫星通信用户分组方法，其特征在于，所述步骤1，采用贪婪算法实现问题求解
。4.
如权利要求1所述的基于
DVB
‑
S2
帧结构的卫星通信用户分组方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：步骤
1.1、
用户信道矩阵为
h
i
表示第个用户的信道，为一个
N
t
×1维的复向量，其中
N
t
为发送天线数，表示
K
个单天线用户的集合；计算全局信道矩阵此处表示矩阵的埃尔米特
Hermitian
转置，并对该全局信息矩阵做特征值分解如下其中
Λ
为对角阵，其对角线元素为的特征值，
V
为特征向量组成的矩阵；步骤
1.2、
利用全局信道矩阵的特征值分解，对用户信道进行线性换基变换，即变换后的用户信道对应了用户信道的线性变换步骤
1.3、
根据线性变换后的用户信道从用户集合中依次选取
N
t
个代表用户，确定代表用户集合
5.
如权利要求4所述的基于
DVB
‑
S2
帧结构的卫星通信用户分组方法，其特征在于，所述步骤
1.3
包括以下步骤：步骤
1.3.1、
初始化代表用户集合即初始时刻的代表用户集合为空集，以
l
表示迭代次数并初始化
l
＝0；步骤
1.3.2、
当
l&lt;N
t
时，重复以下步骤以确定第
l
个代表用户更新代表用户集合和迭代步数如下步骤
1.3.3、
确定代表用户集合此时...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玲亚，化存卿，徐景，苏德隆，苟国鑫，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：