[发明专利]一种星间通信链路中带宽和功率协调分配方法

摘要

本发明公开了一种星间通信链路中带宽和功率协调分配方法，该算法是基于拉格朗日对偶理论和次梯度法进行；通过确定卫星处于正常通信阶段；根据信道参数建立星间通信系统模型，并确定优化目标；对每条通信链路的系统容量和每条通信链路的业务需求进行综合考虑，针对优化目标进行建模；采用梯度下降法获取分配给每个通信链路的功率和带宽的计算方法；求解满足星间通信链路系统要求的最优功率和最优带宽。本发明公开的方法具有快速、高效、稳定的特点；提高了卫星系统的系统容量，减少了运算量，具有相对较高的星上资源利用率。

主权项

1.一种星间通信链路中带宽和功率协调分配方法，其特征在于，该方法是基于拉格朗日对偶理论和次梯度法进行，该方法包含：S1，确定卫星处于正常通信阶段；S2，根据信道参数建立星间通信系统模型，并确定优化目标；S3，对每条通信链路的系统容量和每条通信链路的业务需求进行综合考虑，针对优化目标进行建模；S4，根据所述步骤S3完成的建模，对目标函数建模后的函数进行拉格朗日变换；S5，采用梯度下降法获取分配给每个通信链路的功率和带宽的计算方法；S6，求解满足星间通信链路系统要求的最优功率和最优带宽；所述步骤S2包含：S2.1，确定信道参数，包含：第i个信道的容量Ci，第i个信道的吞吐量Ti，第i个信道分配的功率Pi和带宽Bi，第i个信道的信道衰减系数为αi；其中，i＝1,2，……；S2.2，设定通信链路的信道为高斯信道，则第i个信道的香农信道系统容量为：其中，N0为每个通信链路的噪声功率谱密度，Pall和Ball分别为系统的总功率和总带宽；随着分配给每个通信链路的系统功率Pi和信道带宽Bi的增加，分配给每个信道的系统容量Ci也会增加，但由于星上资源是有限的，因而只有通过合理的分配带宽和功率资源来增加系统总容量；所述步骤S3包含：对每条通信链路的系统容量和每条通信链路的业务需求进行综合考虑，针对所述步骤S2.2获取的优化目标式(1)通过采用二阶差分优化目标函数进行建模：所述步骤S4包含：S4.1，将所述步骤S3获取的式(4)进行拉格朗日函数变换，获得：其中，P＝[P1,P2,…Pn]，B＝[B1,B2…Bn]；n为大于1的整数；所述步骤S5包含：S5.1，根据所述步骤S4.1获取的式(5)，获取对偶问题式：则根据上式获取的对偶变量计算公式如下：S5.2，采用梯度下降法求解所述对偶问题式(6)，得到对应的对偶因子λ和μ的迭代公式分别为：其中，m为迭代的步长因子，m≤0.01；k表示迭代次数；S5.3，采用梯度下降法求解对应于μ(k+1)和λ(k+1)的带宽和功率分配，根据所述式(5)令：则根据上式获取的带宽和功率的迭代公式分别为：所述步骤S6包含：S6.1，为对偶因子λ和μ赋初值，使得λ＝1，μ＝1；S6.2，根据对偶因子λ和μ的赋值，以及式(9)‑(13)，计算出分配给第i条链路的最优功率Pi和最优带宽Bi；S6.3，判断获取的最优功率Pi和最优带宽Bi是否同时满足下述条件：|Pall‑∑Pi|≤δ；|Ball‑∑Bi|≤δ；其中，δ<10‑6；当满足时，结束迭代，获取了第i条链路的最优功率Pi和最优带宽Bi；当不满足时，执行步骤S6.4；S6.4，迭代替换式(7)、式(8)获取迭代替换后的对偶因子λ和μ，跳转至所述步骤S6.2。