[发明专利]一种多波束通信卫星的下行载波资源分配方法及系统

说明书

本申请涉及一种多波束通信卫星的下行载波资源分配方法及系统，基于用户终端的通信容量需求和预设资源分配约束条件，生成初始资源分配联合方案，以最小化未满足用户容量需求为目标，优化初始资源分配联合方案得到第一资源分配联合优化方案，以最小化未满足用户容量需求和下行载波的消耗总功率为目标，再次优化第一资源分配联合优化方案得到第二资源分配联合优化方案，以择优选择出一个帕累托资源分配联合优化方案。第二资源分配联合优化方案通过考虑下行载波资源分配的实际需求，从最小化未满足用户容量需求和卫星下行载波分配总功率这两个相互冲突的目标出发，可以兼顾用户需求满足和卫星功放输出功率，使资源分配更合理化，从而提高资源利用率。

技术领域

本申请涉及通信卫星技术领域，尤其涉及一种多波束通信卫星的下行载波资源分配方法及系统。

背景技术

多波束通信卫星由于可以有效提升系统通信容量，近年来，已逐渐在海事、航空、应急救灾等诸多领域得到广泛应用，市场潜力和应用价值愈加凸显。

现有多波束通信卫星系统资源分配主要围绕最大化满足用户需求单一维度目标开展优化工作，较少关注卫星下行载波功率消耗。然而，由于多波束通信卫星功放功率受限，在相同的用户容量需求情况下为下行载波分配较高功率可能产生如下不利影响：a)若临时应急增加用户容量需求，由于现已使用较大功率，卫星功放剩余功率能力难以满足这部分临时新增需求；b)在卫星研制阶段，卫星功放输出功率需求指标与整星设计及运载发射相关，过高的功率需求指标使得整星体积和重量都难以降低，也会增加运载发射难度；c)卫星功放长期、连续输出较高(近饱和状态)功率影响有效载荷在轨寿命，增加卫星器件故障风险。因此单目标优化已不能满足新一代多波束通信卫星系统资源管理需求。

针对上述多目标资源管理需求，传统多目标优化方法通过加权将多目标问题转化为单目标问题，或者提取其中一个目标作为求解目标，然后将其余目标转化为约束，然后用传统数学规划方法来求解，这类传统方法每次只能得到一种权值情况下的最优解，会引入三个问题：a)，求解结果对权重分配或目标给定次序较敏感，权重因子设计主观性较强，而且必须在求解之前确定，这需要决策人员具备准确的先验知识和丰富的一线经验，客观上增加了系统运行管理中心资源分配决策难度；b)，针对转化后的单目标问题，运用传统数学优化方法一次仅能得到一个最优解，难以满足新一代多波束通信卫星系统的多样化应用需求。c)，在转化为单目标问题后，原多目标优化问题可能损失重要信息，不利于系统服务质量的持续改进。

本申请内容

有鉴于此，本申请实施例至少提供一种多波束通信卫星的下行载波资源分配方法及系统，可以兼顾用户需求满足和卫星功放输出功率，使资源分配更合理化，从而提高资源利用率。

本申请主要包括以下几个方面：

第一方面，本申请实施例提供一种多波束通信卫星的下行载波资源分配方法，所述下行载波资源分配方法包括：

基于当前接入的各用户终端发送的通信容量需求和预设资源分配约束条件，随机生成各波束中下行载波的功率和带宽资源的初始资源分配联合方案，并根据生成的所述初始资源分配联合方案和所述通信容量需求，确定所述多波束通信卫星的未满足用户容量需求；

以最小化未满足用户容量需求为单目标，对所述初始资源分配联合方案进行优化与调整，得到第一资源分配联合优化方案；

以最小化未满足用户容量需求和下行载波的消耗总功率为双目标，对所述第一资源分配联合优化方案进行优化与调整，得到第二资源分配联合优化方案；所述第二资源分配联合优化方案为帕累托资源分配联合优化方案；

基于所述下行载波的消耗总功率和各用户终端需求的满足情况，从所述第二资源分配联合优化方案中，确定出为各波束中下行载波分配的功率和带宽资源的目标资源分配联合优化方案。

在一种可能的实施方式中，所述预设资源分配约束条件包括：