[发明专利]一种联合跳波束和预编码的卫星通信系统资源调度方法

说明书

本发明提供的一种联合跳波束和预编码的卫星通信系统资源调度方法，包括：建立基于业务优先级的跳波束时隙分配目标函数；利用凸优化方法得到时隙分配最优解，由最优解得到各波束的时隙分配矩阵；对各波束的时隙分配结果进行分析，根据同频复用距离，找出存在严重同频干扰的波束；设计发射端的预编码，对跳波束资源分配方案中的存在同频干扰的波束进行干扰抑制和消除；本发明提供的资源调度方法，满足卫星资源动态调度和避免同频率干扰造成的性能下降，提高资源利用率和系统容量。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，主要涉及一种联合跳波束和预编码的卫星通信系统资源调度方法。

背景技术

在传统的多波束卫星通信系统中，分配给每个波束的频谱、功率、时隙等资源是固定不变的；然而随着卫星通信的发展，用户的业务需求差异较大，用户业务在时间和空间上的分布也严重不均，这种固定式的资源分配极易造成资源利用的碎片化和波束之间的负载不均。针对以上问题，跳波束技术应运而生，作为高通量卫星向甚高通量卫星技术的演化和跃进的关键技术，为卫星资源的灵活分配和高效利用提供了实现基础。该技术能够提高链路的传输能力，满足时空动态分布、需求相差迥异的卫星信息网络业务需求。其核心思想是根据业务需求和分布，利用时间分片技术，在同一个时刻只需要一部分波束工作，充分利用卫星频谱、时隙、功率等资源，相比于传统的多波束卫星系统容量和资源利用率都有大幅度的提高。

然而由于跳波束的核心是业务驱动、随需覆盖，因此在业务需求较大的热点区域，必定存在多个相邻的波束“满功率、全频带”同时工作，也就是说有多个波束在工作时间上重叠，在空间距离上临近，所以相邻波束的用户不可避免的遇到严重的同频干扰，影响系统性能，难以充分利用跳波束的技术优势。这些给基于跳波束的设计带来了更严苛的挑战：不仅要满足用户业务差异化的需求，适应业务时间和空间分布的不均性，而且必须考虑同频干扰抑制方法，进行资源分配的联合设计。

发明内容

发明目的：本发明通过研究现有的资源分配方法，提出一种新型的联合跳波束和预编码技术的卫星通信系统资源调度方法，使得卫星资源的分配不仅能够满足容量的动态需求，还能避免同频率的干扰造成的性能下降，提高资源利用效率和系统容量。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种联合跳波束和预编码的卫星通信系统资源调度方法，包括以下步骤：

步骤1：建立基于业务优先级的跳波束时隙分配目标函数如下：

满足：R_i≤C_i，N_i≥0,N_i∈整数，K为波束总数；

其中，C_i为各个波束的业务容量需求，R_i为各个波束的实际能达到的业务容量，ω_i为用户业务优先级的权重值；N_i为各个波束分配到的时隙数，为最多在一个时隙可同时工作的波束数，N_t为总的时隙长度；

所述跳波束技术采用全频率复用，可得：

其中SINR_i,j为第j个时隙第i个波束的信干噪比；

步骤2：采用凸优化方法获取时隙分配数N_i的最优解；根据N_i得到时隙分配矩阵T＝[T₁,T₂,...T_k]^T；其中n_ij＝1表示第i个波束分配到了时隙j；矩阵T为K×N_t维矩阵，且该矩阵行向量中的非零元素的个数等于N_i，列向量中的非零个数定义为并且

步骤3：对各波束的时隙分配结果进行分析，根据同频复用距离，找出存在严重同频干扰的波束；