[发明专利]一种上行多波束卫星的信道分配和功率控制方法

权利要求书

1.一种上行多波束卫星的信道分配和功率控制方法，其特征是：包括以下步骤：

S1、提出一种博弈设计，所述博弈设计包括对上行多波束卫星系统模型进行设计和对每个参与者的效用函数进行设计；

S2、证明所述博弈设计为势能博弈，证明所述势能博弈的势能函数与系统容量等价、证明所述势能函数的最优解或者次优解即为系统容量的最优解或者次优解；

S3、计算出所述势能博弈的纳什均衡解；

所述上行多波束卫星系统模型设计为：设一个多波束卫星有L个波束，表示为L＝{1，2，…，L}，每个波束内的用户集为N＝{1，2，…，N}，用N_l表示在波束l中的所有用户，并且有∑N_l＝N；卫星上行总带宽设为B_tot，可被分为K个子信道，其集合表示为Ω＝{1，2，…，K}；每个信道的调度所有波束内的用户表示为S＝[n₁，n₂，…，n_l，…，n_L]，用户调度策略空间为发射功率的集合表示为P＝[P_n1，P_n2，…，P_nl，…，P_nL]；发射功率的策略空间表示为p^max为地面用户最大发射功率，则该卫星系统总容量表示为其中α_l为用户的权重系数，为用户n_i到第l个波束之间的信道增益；

所述每个参与者的效用函数设计为：所述势能函数表示为G＝[L，{A_l}_l∈L，{u_l}_l∈L]，L＝{1，2，…，L}表示参与者集合；同一个信道在一个波束内只调度一个用户；参与者l的策略空间为A_l，效用函数为u_l；设计参与者l的效用函数为

其中A_l∈A_l是参与者l的策略空间，并且有A_l＝S_l×P_nl，A_{_l}∈A₁×…A_l-1×A_l+1×A_L表示除了参与者l以外的其他参与者的ul(Al，Al)策略，其中×表示笛卡尔积，设计权重因子为

2.根据权利要求1所述的一种上行多波束卫星的信道分配和功率控制方法，其特征是：所述博弈设计为势能博弈的证明过程为：势能函数为同时有F(A′_l，A_-l)-F(A′_l，A_-l)＝u_l，k(A′_l，A_-l)-u_l，k(A_l，A_-l)，根据势能博弈的定义，即证所述博弈设计为势能博弈，根据势能博弈的性质可知，所述博弈至少存在一个纳什均衡解。

3.根据权利要求2所述的一种上行多波束卫星的信道分配和功率控制方法，其特征是：所述势能函数与系统容量具有相同的单调性，因此势能博弈的势能函数与系统容量之间具有相关等价性，即证所述势能函数的最优解或者次优解即为系统容量的最优解或者次优解。

4.根据权利要求3所述的一种上行多波束卫星的信道分配和功率控制方法，其特征是：计算出所述势能博弈的纳什均衡解的方法为：使用迭代算法算出所述势能博弈的纳什均衡解，所述迭代算法的步骤如下：

S11、随机初始化策略选择；

S12、信道分配：固定上一次迭代功率分配值，通过效用函数的最优响应选择进行信道的用户调度；

S13、功率控制：功率值是连续值，根据S2用户调度的结果，通过偏导数计算，每个用户采用梯度下降算法依次更新其功率值；

S14、不断重复S12和S13，直到用户调度和功率控制达到纳什均衡状态。