[发明专利]多波束MF-TDMA认知卫星网络上行功率与时隙的联合分配方法

说明书

本发明公开了一种多波束MF‑TDMA认知卫星网络上行功率与时隙的联合分配方法。本发明采用了星上资源管理架构和基于分布式计算和资源分配参数辅助的迭代资源计算方法，能有效减少网络管理中心的计算开销，加快资源计算收敛速度，在认知卫星用户接入地面微波基站作为主用户的同一频段的条件下，保证微波基站受到的干扰在其最大干扰门限之下，同时保障认知卫星用户的通信质量需求，提高网络的整体容量。本发明具有收敛速度优于传统中心式资源分配方法、多用户和多波束计算单元提升资源分配效率和灵活性、联合二维资源优化提升网络容量等优势。特别适用于资源受限且组网方式灵活的多波束MF‑TDMA认知卫星网络上行链路优化。

技术领域

本发明属于认知无线电领域中功率控制技术和带宽分配技术，具体涉及一种多波束MF-TDMA认知卫星网络上行功率与时隙的联合分配方法。

背景技术

卫星通信网络因其高数据传输速率，广域覆盖能力等特点，可以作为地面通信网络的补充在应急通信、海事通信、偏远地区覆盖等场景下发挥着越来越重要的作用。然而，随着多媒体业务和互联网服务需求的不断上升，卫星网络和地面网络的性能提升都越来越受到频谱资源的有限性的制约。虽然多波束分集和多频时分多址等技术能提升资源共享能力，但仍只能有限提升卫星网络整体容量。认知无线电技术在这一背景下，其频率感知和利用、多用户协同等特点成为了解决频谱危机的有效方案。

通过卫星网络与地面微波网络共享同一频段，国内外学者展开了认知卫星网络的广泛研究。但研究主要集中在频谱认知方法和干扰控制技术方面，只有较少的研究关注到了认知卫星网络中的频谱资源分配问题，且大部分现有频谱资源分配方案大多在主用户受到的各个用户最大干扰水平已知的情况下，也即各认知用户发射功率已知的条件下，对频谱资源进行优化。仅有部分研究关注了上行发射功率和带宽资源的联合优化问题，且均采用中心式的资源分配方式，大大增加的网络管理中心的计算开销，降低了资源分配的效率。在本发明中，主要考虑卫星用户作为认知用户接入分配给地面微波网络作为主用户的同一频段的认知卫星网络场景，采用多波束MF-TDMA提高频率利用率和资源配置灵活性。针对这一网络的上行功率和带宽的联合分配，需要解决以下四个问题：第一，认知卫星用户对主用户产生的聚合干扰需低于主用户可容纳的最大干扰门限；第二，认知卫星用户的通信质量，也即最低通信速率的保障；第三，提高资源计算和分配效率，减少资源分配的系统时延；第四，最大化利用带宽和功率资源，提升网络整体容量。

发明内容

本发明针对多波束MF-TDMA认知卫星网络的资源分配问题，提出了一种多波束MF-TDMA认知卫星网络上行功率与时隙的联合分配方法。

本发明的技术方案为：一种多波束MF-TDMA认知卫星网络上行功率与时隙的联合分配方法，包括以下步骤：

步骤1，星载中心计算单元将各个波束对应的资源分配参数发送给各个波束资源计算单元，并将资源分配参数通过专用信令信道广播给认知卫星用户，资源分配参数为矩阵λ＝[λ_l,f]_L×F，α＝[α_l,m,f,t]_L×M×F×T，β＝[β_l,m,f,t]_L×M×F×T，其中，l＝1,2,...,L为卫星L个波束的编号，m＝1,2,...,M为每个波束下M个用户的编号，f＝1,2,...,F为每个波束下按照MF-TDMA体制划分成的F个信道的编号，t＝1,2,...,T为每个频段按照MF-TDMA体制被划分成的T个时隙的编号，上述编号可以根据实际的波束数、用户数、频段数和时隙数赋予相应的值进行编号；

步骤2，各个波束资源计算单元根据初始功率计算方法计算该波束覆盖区域下的认知卫星用户在各个MF-TDMA时隙上的初始化功率分配值；各个波束资源计算单元根据P_l,m,f,t，通过初始时隙分配方法初始化时隙分配指数δ_l,m,f,t，并将δ_l,m,f,t通过专用信令信道广播给认知卫星用户；