[发明专利]基于最大化吞吐量的多波束GEO系统接入控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星通信无线资源管理技术领域，具体是一种基于最大化吞吐量的多波束GEO系统接入控制方法。

背景技术

虽然科技发展日新月异，地面移动通信系统也日趋完善；但是，受到地理条件的限制以及全球经济发展不均衡等条件的制约，地面移动通信系统在实现全球覆盖的问题上有些力不从心；例如，我国地形复杂，山区、丘陵地带较多，难以完成这些地区地面通信系统的网络建设工作；占据地球面积大半的海洋也是地面移动通信覆盖的难点；近年自然灾害频发，地面移动通信系统的网络设备极易受到自然灾害的影响而瘫痪，影响后续的抗灾救援活动；军事领域对于通信的精度要求也越来越高，信息化战争中对于通信的安全性也越来越重视，地面移动通信系统设备由于极易被敌方破坏而无法满足军方的需求；尤其是航空航天事业的发展，地面通信网更是无法将其覆盖范围延伸至深空。此时，卫星移动通信系统得到了各国科学家的重视，成为了移动通信领域的研究热点。

卫星通信系统，是指利用分布于不同轨道的人造地球卫星代替地面基站作为中继站，通过对无线电波进行转发、放大或者星上处理等方式进而实现在两个或多个地球站之间进行通信的一门新兴的无线通信系统，其采用的无线电波频率为微波频段，即频率为300MHz-300Ghz，波长约为1mm-1m。

近年来，卫星通信系统越来越多地与现代移动通信技术以及航空航天技术相结合，但也暴露出一些问题：对于采用了多波束技术的GEO卫星通信系统，在GEO系统中，GEO卫星具有更大的覆盖范围，此外，为了提高频谱效率，卫星系统越来越多地采用了卫星多波束技术。但是由于轨道高度，带来了高时延；除此之外，随着用户的接入，同频干扰噪声的增加会影响信干噪比的大小，进一步影响系统的传输时延。所以，需要根据用户的业务类型，不同波束的负载情况以及信道质量等制定合理的接入控制策略以保证用户的时延要求。与此同时，GEO卫星造价高昂，带宽、功率等星上资源匮乏，如何合理地利用星上资源也是接入控制策略需要考虑的因素之一。

GEO卫星系统为全球提供同步服务，它可以扩大地面通信面积，为全球用户提供接入服务，是通信系统中的重要组成部分。然而，由于星上处理能力和带宽、功率等星上资源的有限性，在某些场景中，卫星系统很有可能不能满足大量用户的接入需求，这可能会使呼叫阻塞率(Call Blocking Probability，CBP)升高，从而不能保证用户的QoS(Quality of Service，服务质量)。其次，GEO卫星与用户之间距离很长，通信时产生的路径损耗和传输时延也不能被忽略。

综上所述，如何减轻路径损耗和传输时延的影响，最大化卫星系统吞吐量和资源利用率以保证用户的服务质量，成为接入策略设计中的主要问题。

发明内容

本发明在保证用户接入要求的前提下最大化系统资源利用率，为用户提供更高的服务质量；提出了一种基于最大化吞吐量的多波束GEO系统接入控制策略。

具体步骤如下：

步骤一、针对M个新用户的呼叫请求队列，GEO卫星系统在当前的固定频率复用因子下，依次接收呼叫请求，根据当前用户需要的信道数寻找满足C_io≤C_ia的波束；

C_ia为波束的可用信道数；C_io为当前新用户的呼叫请求发起时需要的信道数；

当前用户的呼叫请求初始值为1；GEO卫星系统中满足C_io≤C_ia的波束总数为N个；

步骤二、针对满足条件的N个波束，分别计算每个波束接收当前用户的信噪比SINR；

针对第i个波束接收当前用户的呼叫请求时的信噪比SINR_i计算如下：

S_i是当前用户接入第i个波束时的信号功率；I_i是第i个波束中干扰信号的功率，N_i表示第i个波束的噪声功率。

步骤三、利用N个信噪比SINR，计算当前用户分别接入每个波束时的传输时延，并选择传输时延小于系统时延阈值τ的波束，进入步骤四，否则，拒绝新用户的接入；

该用户接入第i个波束的传输时延D_i：

B_i表示第i个波束的带宽，C表示用户要传送的数据量；

步骤四、将当前用户依次接入满足条件的N'个波束，分别计算在每个波束下GEO卫星系统的总吞吐量；