[发明专利]一种基于跳波束调度资源的方法

说明书

本发明提供了一种基于跳波束调度资源的方法，包括下列步骤：将卫星覆盖区域划分成多个小区；将每个小区划分成多个大小相等的矩形单元；用第一三维矩阵表示每个矩形单元在不同时刻的实际信道容量；用第二三维矩阵表示在不同时刻是否对每个矩形单元服务，其中第二三维矩阵的元素1表示在某个时刻用跳波束服务相应矩形单元，元素0表示在某个时刻不服务相应矩形单元；用第一三维矩阵与第二三维矩阵的乘积表示目标矩阵；调整第二三维矩阵，使得目标矩阵的全部元素之和最大；以及根据调整后的第二三维矩阵服务相应矩形单元。通过该方法，可以针对低轨卫星快速移动的场景，优化各卫星覆盖区的跳波束资源分配，从而更好地调度宝贵的空间资源。

技术领域

本发明总体而言涉及卫星通信领域，具体而言涉及一种基于跳波束调度资源的方法。

背景技术

近年来，随着低轨卫星(LEO,low-earth orbit satellite)移动通信技术的发展，低轨卫星通信业务由于其自身的优势已引起了人们的广泛关注。随着国家的战略需求不断拓展，人们已经不再仅仅满足于地面现有的通信技术，而是着眼于实现天地一体化的、覆盖全球化、个人移动通信网络的多媒体卫星通信系统，低轨宽带卫星组网通信技术则是实现通信全球化和商业化的重要手段。然而，由于轨道高度低、卫星覆盖范围不断变化，低轨卫星往往面临着复杂多变的电磁环境和各式各样的干扰；各个国家对于通信卫星的频段划分也不尽相同，使得低轨卫星通信的资源动态变化；除此之外，不同地区的卫星用户终端分布情况各不相同，使得地轨卫星通信的用户需求分布也动态变化。因此，面对资源和需求动态变化的挑战，针对于低轨卫星环境的复杂性，如何高效地调度宝贵的空间资源以满足低轨卫星通信的业务需求，成为业界广泛关注亟需解决的问题。

跳波束技术，作为一种最灵活的技术，被证明能够提高卫星资源在带宽和功率方面的使用效率。跳波束技术为时域带宽分配提供了便利的平台，通过改变跳变波束在每个小区的驻留时间，即时隙数目，可以实现星上带宽资源共享。

然而，目前大多数现有的GEO卫星的跳波束方案并不能用于LEO卫星。跳波束技术目前只应用于高轨卫星，其中一个典型的案例是美国国家宇航局的先进通信技术卫星(ACTS)，ACTS通信有效载荷使用了多波束、高增益的跳波束天线，允许使用较小直径的地球站天线，可以按需提供完整的语音、视频和数据通信服务。大量研究已显示出跳波束的技术优越性，但是现有技术仍然需要一种可用于低轨卫星的、基于跳波束技术优化资源分配的方案。

发明内容

从现有技术出发，本发明的任务是提供一种基于跳波束调度资源的方法，通过该方法，可以针对低轨卫星快速移动的场景，优化各卫星覆盖区的跳波束资源分配，从而更好地调度宝贵的空间资源，满足卫星通信业务需求。

根据本发明，前述任务通过一种基于跳波束调度资源的方法来解决，该方法包括下列步骤：

将卫星覆盖区域划分成多个小区；

将每个小区划分成多个大小相等的矩形单元；

用第一三维矩阵表示每个矩形单元在不同时刻的实际信道容量；

用第二三维矩阵表示在不同时刻是否对每个矩形单元服务，其中第二三维矩阵的元素1表示在某个时刻用跳波束服务相应矩形单元，元素0表示在某个时刻不服务相应矩形单元；

用第一三维矩阵与第二三维矩阵的乘积表示目标矩阵；

调整第二三维矩阵，使得目标矩阵的全部元素之和最大；以及

根据调整后的第二三维矩阵服务相应矩形单元。

在本发明的一个优选方案中规定，第一三维矩阵为A(m,n,k),其中m和n分别为矩形单元的行列号并且k为时刻，并且其中每个矩形单元在每个时刻的实际信道容量为下面两项中的较小者：

卫星为每个矩形单元提供的最大信道容量；以及

每个矩形单元中所有用户信道容量需求之和。