[发明专利]基于开环功率控制的卫星通信系统移动终端接入方法

权利要求书

1.一种基于开环功率控制的卫星通信系统移动终端接入方法，其特征在于，其具体步骤包括：

S1，移动终端持续接收来自卫星通信系统地面信关站的广播消息，记录广播消息中指定的初始功率值和重传功率值；

S2，当移动终端产生接入请求后，在所有可用的接入请求信道中随机选取一个作为其接入信道；

S3，移动终端按照其接收的广播消息中指定的初始功率值设置接入请求发送功率，并将重传计数器数值设为0；

S4，移动终端产生随机非负整数n，0nN₀，在等待n个信息帧的时间长度后，向信关站发送接入请求消息，同时，移动终端启动定时器并设定定时器门限，其中，N₀为随机时延上限，由卫星通信信道传输时延、系统用户规模、接入请求信道数共同确定，定时器门限根据卫星通信信道传输时延和接入请求处理时延之和确定；所述的接入请求消息，包含若干个信息帧；

S5，移动终端持续监听接入请求反馈信道，若在定时器门限内接收到了信关站的应答消息，执行步骤S7，否则执行步骤S6；

S6，对重传计数器数值加1，移动终端判断重传计数器数值是否超出计数门限，其中，计数门限是根据卫星通信系统实际用户规模、接入请求信道数和移动终端类型确定，如果重传计数器数值超出计数门限，则移动终端在剩余的接入请求信道中再随机选择一个信道作为接入请求信道，并转至步骤S3；否则，移动终端将接入请求发送功率设置为重传功率值，并转至步骤S4；

S7，移动终端启动入网流程；

所述的步骤S1，假设卫星通信系统的接入频点数量为N，移动终端总数量为U，移动终端接入请求的产生时刻服从泊松分布，在一个信息帧内移动终端产生接入请求的平均次数记为到达率，到达率的表达式为α_i·λ，其中λ为移动终端接入请求的基本到达率，即未发生导致接入请求增高的社会及自然事件的条件下，移动终端的接入请求到达率，α_i为到达率增益系数，i＝1,2,…,Q，i表示到达率增益系数对应的通信需求档位，档位越高到达率增益系数越大，其最高为Q档，档位的数量和划分根据卫星通信系统的实际用户规模、所提供服务类型来确定；

当通信需求档位为i时，所述的移动终端第j次发送接入请求消息的功率表示为J_th为重传计数门限，当j＝1时，C_i,1为发送接入请求消息的初始功率值，其取值由卫星通信系统的实时链路质量确定，不受通信需求档位影响，mod表示求余运算，当j＞1时，C_i,j表示发送接入请求消息的重传功率值；

发送接入请求消息的初始功率值的计算公式为：

C_i,1＝(C_th+ΔC)/L，

其中，C_th为卫星通信系统链路预算门限值，ΔC为链路预算冗余量，L为链路损耗；信关站在同一信息帧内接收到的来自其他移动终端的接入请求消息的功率值之和为I/L，其中I为其他移动终端接入请求消息的发送功率值之和，则当C_i,j/I≥δ时，信关站能够成功识别所述的移动终端的接入请求消息并进行应答，从而该移动终端接入成功，δ为信关站的识别门限；

当所述的移动终端发送接入请求消息时，在通信需求档位为i时，在同一信息帧中有其他k个移动终端同时发送接入请求消息的概率R_i,k为：

其中，k＝0,1,2,…,(U/N)-1；

所述的移动终端在第j次发送接入请求消息时，在通信需求档位为i时，其接入成功的概率P_i,j为：

其中，表示向下取整，sgn(x)为分段函数，当自变量x＜0时，sgn(x)＝-1，x＝0时，sgn(x)＝0，x＞0时，sgn(x)＝1，min表示取最小值，P_i,v表示所述的移动终端第v次发送接入请求消息时接入成功的概率，用于计算所述的移动终端前j-1次接入均不成功的概率；

当通信需求档位为i时，假设所述的移动终端发送接入请求消息所用时间为T，则其接入成功所需能量的期望值为：

当通信需求档位为i时，所述的移动终端接入成功所需重传次数的期望值为：

其中，jmax为移动终端发送接入请求消息的最大重传次数；

以最小化接入所需能量和最小化重传次数为目标，建立优化模型：

其中，w_i,1、w_i,2分别为通信需求档位为i时，所述移动终端接入成功所需能量和接入成功所需重传次数的权重值，其根据具体应用场景需求确定，利用遗传算法求解所述的优化模型，得到不同通信需求档位下的所述移动终端的最优重传功率值；

卫星通信系统通过实时监测通信需求和波束覆盖区域中的突发事件，确定当前通信需求档位，并通过地面信关站向所有移动终端发送含有初始功率值和重传功率值的广播消息。