[发明专利]一种多波束卫星通信系统中的功率分配算法

说明书

技术领域

本发明属于资源分配技术领域，具体涉及一种多波束卫星通信系统中的功率分配算法。

背景技术

在多波束卫星通信系统中，星上功率资源是有限的。由于多波束天线的应用，使得功率资源在不同的波束间进行分配提供了可能，资源分配技术成为多波束卫星通信系统中的一项重要研究内容。通过功率资源在不同的波束间根据业务需求、性能要求等进行合理分配，进而优化系统的整体性能，可以为用户提供更好的服务。因此，合理分配有限的功率资源，有效提高资源的利用率具有重要的实用价值。

多波束卫星通信系统中的功率分配技术一直以来受到广泛地关注。为了有效地利用有限的星上功率资源，相关领域的学者已经做了大量的工作。为了获得最大的系统总容量，典型的算法有注水算法，但其公平性较差。为了获得公平性，有比例公平分配算法，各用户获得的容量为C_i＝aT_i(0<a≤1)，各用户分配的功率和常数a由C_i＝Aα_iP_i以及系统总功率限制来决定，但其系统总容量较小。“J.P.Choi,V.W.S.Chan“Optimum power and beam allocation based on traffic demands and channel conditions over satellite downlinks”(IEEE Transmission on Wireless Communications,vol.4,no.6,pp.2983-2993,2005)一文基于不同的业务需求和信道条件提出了一种基于最小化二阶业务拒绝量(即各波束获得的容量与业务需求差值的平方)总和的功率分配算法。该算法能够折中考虑系统总容量和波束间的公平性。但是该算法是根据每个点波束覆盖区域内总的业务需求进行分配，而没有考虑不同类型的用户及特定的业务类型，实用性较差。

本发明在于弥补上述算法的不足。在多波束卫星通信系统中，不同类型的用户，其所采用编码调制方式，承载业务类型不同。为了提高不同类型用户间的功率利用率，本发明根据卫星通信系统中的功率带宽平衡原理，通过构建面向用户终端的多波束卫星通信系统下行容量模型，提出了一种功率分配算法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多波束卫星通信系统中的功率分配算法，解决面向用户终端的多波束卫星通信系统中的功率分配问题，提高星上功率资源的利用率。

技术方案

实现本发明目的的技术解决方案为：一种多波束卫星通信系统中的功率分配算法，算法步骤如下：

步骤1、建立多波束卫星通信系统下行容量模型

根据卫星通信系统中的功率带宽平衡原理，即一个载波占用卫星转发器的功率百分比和带宽百分比相等，构建了面向用户终端的多波束卫星通信系统下行容量模型

C_i＝Aα_iP_i

其中，A为总带宽与总功率的比值，α_i称为编码调制系数，α_i＝m_ir_i，m_i为每个调制符号的信息比特数，r_i为信道编码的码率，i＝1,2,3...M，M为用户数，C_i为每个用户获得的容量；

步骤2、建立功率优化问题模型

考虑到不同类型的用户，其所采用编码调制方式和承载业务类型不同；在采用集中式资源管理模式下，利用最小化二阶业务拒绝量总和为目标函数，该功率优化问题建模为：

s.t.C_i＝Aα_iP_i≤T_i i∈{1,2,3…,M} (5)

其中，T_i为每个用户的业务需求，P_i为每个用户分配的功率，P_total为系统总功率，e_i是通过第i个用户所在链路的误码率，D_i>0是给定的平均最大容许时延限制；

步骤3、采用凸优化理论，实现功率优化问题模型的功率分配。

上述步骤1中，建立多波束卫星通信系统下行容量模型的方法如下：