[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

说明书

本发明涉及卫星通信领域，公开了一种上行多波束卫星的信道分配和功率控制方法，解决了现有技术不能够有效的对卫星进行信道分配和功率控制，造成同信道干扰大和系统总容量小的问题，其技术方案要点是包括以下步骤：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，通过对上行多波束卫星进行最优化的信道分配和功率控制，从而达到减少同信道干扰和增加系统总容量的目的。

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，更具体地说，它涉及一种上行多波束卫星的信道分配和功率控制方法。

背景技术

由于卫星通信系统具有覆盖范围广的特性，所以基于卫星的船运系统被广泛的用于船只远航通信。随着更高速率的数据服务以及卫星数量的不断增加，更高的频谱都已经被占用，出现了频谱不足的情况。为了提升频谱利用率，能够提升频谱利用率的多波束卫星通信系统也得到业界广泛的关注。

在多波束卫星通信系统中，每个波束都覆盖着特定的范围，但是同一个卫星波束之间又存在一定的竞争。当多波束卫星的采用全频带复用时，临近波束之间的用户往往存在严重的同信道干扰。因此合理有效的无线资源分配是提高系统总容量和减少同道干扰的关键。目前对于多波束卫星通信系统下行的资源分配的研究较为成熟，但是上行没有很好地研究成果。由于功率控制和信道分配相耦合，使得问题更加复杂。传统的多色频率复用，由于不考虑波束间的干扰，所以网络和速率最大化是一个凸问题，可以使用凸优化来解决。但当频率复用因子为1时，用户存在波束间干扰，尤其是波束边缘用户。因此，针对网络和速率最大化是一个非凸的NP-hard问题。针对此问题，可以采用传统的启发式算法求解。但启发式算法计算复杂度高，且无法保证找到最优解。因此，亟需一种高效的、以及低复杂度的算法多波束卫星上行用户调度和功率分配算法。

发明内容

本发明的目的是提供一种上行多波束卫星的信道分配和功率控制方法，通过对上行多波束卫星进行最优化的信道分配和功率控制，从而达到减少同信道干扰和增加系统总容量的目的。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种上行多波束卫星的信道分配和功率控制方法，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；