[发明专利]一种多波束低轨卫星智能动态信道资源分配方法

说明书

本发明涉及空天地海一体化通信技术领域，具体涉及一种多波束低轨卫星智能动态信道资源分配方法；该方法把低轨卫星作为Agent，当前业务请求时刻下的各个波束业务请求用户数量和波束对信道占用的初始状态映射为环境，在每个业务请求时刻下，根据低轨卫星所处的环境，利用Q‑learning算法来观测环境状态和获取环境的奖励信号，学习状态‑动作值函数，逐步改变信道资源分配策略，完成低轨卫星移动通信系统的动态信道资源分配，能够避免同一信道资源分配给复用距离之内的用户或波束，实现一种能够使低轨卫星移动通信系统的总体性能达到最优的信道资源分配方案。

技术领域

本发明涉及空天地海一体化通信技术领域，具体涉及一种多波束低轨卫星智能动态信道资源分配方法。

背景技术

空天地海一体化信息网络是以地面网络为依托、天基网络为拓展，采用统一的技术架构、统一的技术体制、统一的标准规范，由天基信息网、互联网和移动通信网互联互通而成，具有多样化业务承载、异构网络互联、全域资源管理等特点。空天地海一体化信息网络作为国家重要的信息基础设施，对于国土安全、应急救灾、交通运输、经济发展等多个领域有着重大战略意义。

低轨卫星通信作为空天地海一体化信息网络中的重要组成部分，有着传输路径损耗少、通信时延小、覆盖范围广、接入灵活等优势。并且在多波束低轨卫星移动通信系统中，每颗卫星携带多个波束，可以在同一频率下利用不同的波束满足频率的复用，来覆盖地面不同区域，这些波束合起来共同完成单颗卫星的地面可视区域覆盖，从而实现通信容量大幅度的增加。然而，多波束低轨卫星通信也存在一些不可避免的问题。一方面，用户建立呼叫时，必须接入到卫星某个波束内的信道中，或者是从一个波束切换到另一个波束，为确保通信不中断，必须在相邻波束覆盖区的交界内，为此次通信分配一条信道完成切换，保障呼叫能够持续进行。另一方面，卫星信道资源是有限的，随着通信用户数量、通信业务种类不断增多，信道资源的需求量越来越大，采取科学有效的措施对有限的资源进行管理和分配，成为多波束低轨卫星通信系统为用户提供可靠服务的关键。

然而，低轨卫星终端在地理空间上分布不均匀，使得低轨卫星移动通信系统波束间的通信业务量差异较大，信道资源需求量不同。若采用固定频谱分配方式，即使该波束内的用户没有使用该资源，其他波束用户也不能使用该资源，容易造成信道资源的浪费。对动态资源分配方式而言，所有的信道资源均可以被各个波束用户所使用，根据各个波束的业务请求用户数进行资源的分配，相比于固定频谱分配方式，具有较高的资源利用率优势。但是每个波束用户均可以使用所有的信道资源，在资源分配的过程可能会将同一个信道分配给距离较近的用户，进而产生干扰，影响系统通信服务质量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种多波束低轨卫星智能动态信道资源分配方法。

一方面，本发明提供了一种多波束低轨卫星智能动态信道资源分配方法，所述方法包括如下述步骤：

S1：初始化低轨卫星状态-动作值函数Q(s,a)，设定初始学习速率λ和折扣因子β；

S2：低轨卫星通信系统通过星载多波束载荷在地面上形成N个波束表示为B＝{n|n＝1,2,…N}；系统中可用的信道集合C＝{m|m＝1,2,…M}，其中M为信道资源数；波束n的信道资源分配状态w_n＝[w_n，1,w_n，2，…,w_n,M]，其中每一项w_n,m∈{0,1}表示波束n对子信道m的占用情况，1表示占用，0表示空闲未占用；则低轨卫星系统中所有波束的信道分配向量构成了卫星系统总的信道分配矩阵为W＝[w₁,w₂，…,w_N]；当前各个波束可用的信道资源矩阵V＝[v₁,v₂，…,v_N]，其中v_n＝[v_n，1,v_n，2，…,v_n,M]表示每个波束可用的信道资源情况，则构建t时刻的状态