[发明专利]针对频率转换卫星功率和转发器增益档的联合优化算法

说明书

本发明公开了一种针对频率转换卫星功率和转发器增益档的联合优化算法，首先建立适用于频率转换卫星通信系统的资源分配模型，然后利用拉格朗日对偶理论和黄金分割法迭代寻找问题的最优解，最大化地提高了频率转换卫星的信道容量，本发明的优点在于首次针对频率转换卫星提出了功率和转发器增益档的联合优化算法，能够同时计算出最优的转发器增益档的值和对应的分配给各个用户的功率值；同时考虑功率和转发器增益档的联合优化，提高了卫星的资源利用效率；并考虑到了发送端有效全向辐射功率、星上转发器增益档等对频率转换卫星资源分配中的影响，与实际情况相符。

技术领域

本发明属于卫星通信资源分配领域，具体涉及一种针对频率转换卫星功率和转发器增益档的联合优化算法。

背景技术

通信卫星转发器的实现形式一般有两种：频率转换卫星，目前大多数卫星系统都采用这种形式；星上处理(OBP)卫星，它在星上对信号进行检测和重新调制，以提供两条实际上相互独立的级联(上行链路和下行链路)通信链路。对于星上处理卫星，因为上行链路的恶化可以利用星上处理来补偿，并不会转移至下行链路，分配过程只用考虑下行链路的影响，所以资源分配模型相对简单。对于频率转换卫星，由于上行链路的噪声会被放大并引入下行链路，因此发送端有效全向辐射功率、星上转发器增益档等在OBP卫星中不需要考虑的因素在频率转换卫星资源分配中也会有很大影响。目前对星通信系统功率和转发器增益档联合优化算法尚未有人提出。

目前在提高卫星通信系统资源利用效率方面已经有了相当多的研究。Jiang Lei,Zhu Han and Maria Angeles Vazquez-Castro.“Secure Satellite CommunicationSystems Design with Individual Secrecy Rate Constrains,”(IEEE Transactions onInformation Forensics and Security,vol.6,no.3,pp.127-135,2011)一文中，基于物理层安全问题，提出了一种在满足系统安全容量目标下的波束成型和功率联合优化算法，解决波束成型和功率联合优化的问题。Zhe Ji,Youzheng Wang and Wei Feng. “Delay-Aware Power and Bandwidth Allocation for Multiuser Satellite Downlinks,”(IEEE Communications Letters,vol.18,no.11,2014)一文中，在考虑时延约束的情况下，以系统吞吐量最大化为优化目标，提出了一种功率和带宽联合优化算法，解决功率和带宽联合优化的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对频率转换卫星功率和转发器增益档的联合优化算法，解决了适用于频率转换卫星的功率和增益档联合分配的问题，最大化地提高频率转换卫星的信道容量。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种针对频率转换卫星功率和转发器增益档的联合优化算法，方法步骤如下：

步骤1、针对频率转换卫星，考虑卫星转发器端到端全程链路性能，建立适用于频率转换卫星的资源分配模型，方法如下：

取信道容量最大化为功率分配和转发器增益档设置的优化目标，由于功率和发送端有效全向辐射功率受限，得到如下数学模型：