[发明专利]一种多波束低轨卫星用户分组与资源分配方法

权利要求书

1.一种多波束低轨卫星用户分组与资源分配方法，其特征在于，具体步骤如下：首先，搭建包括多颗低轨卫星和地面K个用户的通信场景；

针对卫星s，根据其下用户的地理位置，以最大化用户平均信息速率为优化目标R_M，利用P中心算法和最小圆覆盖算法将用户分成M小组并优化各小组中心点和半径，得到卫星s的用户分组结果G_s；

然后，依据用户分组结果G_s以及用户实时流量请求定义各小组的权重，按权重大小对各用小组进行当前时隙t内工作波束的分配，得到N_b个用户小组的集合并根据用户信道条件以及实时流量请求，给集合中各用户小组的工作波束分配功率，输出分配功率的集合

最后，判断集合中所有用户小组分配的工作波束功率之和，是否占用了卫星全部的总功率P_total；如果是，结束资源调配过程并输出功率分配集合否则，系统存在剩余的工作波束功率资源，通过组间调配给更多其他的用户小组服务；实现多波束低轨卫星用户分组与资源分配。

2.如权利要求1所述的一种多波束低轨卫星用户分组与资源分配方法，其特征在于，所述通信场景中，K个用户分布在同一水平面上，卫星利用相控阵天线产生N_b个动态波束，通过跳波时分的方式为用户服务。

3.如权利要求1所述的一种多波束低轨卫星用户分组与资源分配方法，其特征在于，所述以最大化用户平均信息速率为优化目标R_M，计算卫星s的M个用户分组结果G_s的具体过程为：

首先，初始随机选择M个用户坐标作为各组的中心点，每个用户分别计算各自与每个组中心点的距离，选择最近的小组加入；

用户的分组数目M取值服从1≤M≤K_s；

然后，利用P中心算法和最小圆覆盖算法不断更新各个组中心、组半径及其用户集合，直至收敛，计算当前优化目标R_M；

优化目标R_M计算如下：

为卫星s下第m个小组在一个跳波束周期内用户平均信息速率；

接着，判断是否R_M≥R_M-1，如果是保存当前M取值、分组结果G_s以及各小组的组中心和组半径，进入下一次迭代；否则输出上一次保存的M取值、分组结果G_s以及各小组的组中心和组半径；

分组结果G_s＝{g_1,s,g_2,s,…,g_m,s,…,g_M,s]；g_m,s表示第m个小组下的用户集合。

4.如权利要求1所述的一种多波束低轨卫星用户分组与资源分配方法，其特征在于，所述按权重对各用小组进行当前时隙t内工作波束的分配，得到N_b个用户小组的集合具体过程为：

首先，计算当前时隙t第m个小组g_m,s的权重计算公式为：

其中T_ttl为用户向其所属卫星s发送流量请求，该请求对应的时隙长度；表示用户k在时隙l发出的请求流量在时隙t内未传输完毕，卫星s缓存剩余的流量请求；a(a≥0)为描述等待时延重要程度的常量参数；

然后，分别计算各用户小组在当前时隙t下的权重值并按降序排序；

从用户分组G_s中选择未分配波束的权重最大的用户小组S1开始，如果当前用户小组S1和集合中每个用户小组的距离都满足约束条件，则将当前用户小组S1加入集合中；否则跳过该小组，继续选择下一个用户小组，直到选满N_b个为止，为N_b个用户小组各分配一个工作波束；

集合中初始为空；初始将第一个未分配波束的权重最大的用户小组直接加入集合中；

约束条件是指：当前用户小组S1与集合中的每个用户小组，两个用户小组中心点的间距大于设定的阈值，在一个时隙内被工作波束服务，不会产生同频干扰。