CN110278024B - 卫星通信星座的***容量优化方法和装置 - Google Patents

卫星通信星座的***容量优化方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110278024B
CN110278024B CN201910727794.4A CN201910727794A CN110278024B CN 110278024 B CN110278024 B CN 110278024B CN 201910727794 A CN201910727794 A CN 201910727794A CN 110278024 B CN110278024 B CN 110278024B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optimal solution
interference
transmitting power
mapping relation
satellite communication
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910727794.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110278024A (zh
Inventor
靳瑾
李婷
林子翘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Qingshen Technology Development Co ltd
Tsinghua University
Original Assignee
Shanghai Qingshen Technology Development Co ltd
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Qingshen Technology Development Co ltd, Tsinghua University filed Critical Shanghai Qingshen Technology Development Co ltd
Priority to CN201910727794.4A priority Critical patent/CN110278024B/zh
Publication of CN110278024A publication Critical patent/CN110278024A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110278024B publication Critical patent/CN110278024B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851—Systems using a satellite or space-based relay
    • H04B7/18513—Transmission in a satellite or space-based system
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851—Systems using a satellite or space-based relay
    • H04B7/18519—Operations control, administration or maintenance
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

本发明提供了一种卫星通信星座的***容量优化方法和装置，涉及卫星通信的技术领域，卫星通信星座包括多个非地球同步轨道卫星，所述方法包括：获取卫星通信星座中***容量性能的约束条件，约束条件包括波束与地球站映射关系的约束条件、发射功率的约束条件和干扰值的约束条件，干扰值通过映射关系以及发射功率来表征；根据约束条件计算得到发射功率的最优解和映射关系的最优解；根据发射功率的最优解和映射关系的最优解进行通信，保证不对同频地球同步轨道卫星通信***进行干扰的情况下，达到最大的***容量。

Description

卫星通信星座的***容量优化方法和装置
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其是涉及一种卫星通信星座的***容量优化方法和装置。
背景技术
按照卫星轨道分类，卫星通信***包括地球同步轨道(Geostationary EarthOrbit Satellite，GSO)卫星通信***和非同步轨道(NGSO)卫星通信***。相比于GSO卫星，位于中、低轨道的NGSO卫星***具有传播时延短、链路损耗小等优势。由于单颗NGSO卫星覆盖范围十分有限，可通过轨道设计组成星座实现全球、全时覆盖。
随着NGSO卫星的增加，相同频率、临近轨道的卫星越来越多，这使得NGSO星座与GSO卫星***的同频干扰问题日益严重。此外，由于实际应用中需考虑变量较多且调制方式较为复杂，经常出现资源分配不均的情况，以使NGSO星座不能达到最佳的***容量。
发明内容
本发明的目的在于提供卫星通信星座的***容量优化方法和装置，保证不对同频地球同步轨道通信***进行干扰的情况下，达到最大的***容量。
第一方面，本发明实施例提供一种卫星通信星座的***容量优化方法，所述卫星通信星座包括多个非地球同步轨道卫星，所述方法包括：
获取所述卫星通信星座中***容量性能的约束条件，所述约束条件包括波束与地球站映射关系的约束条件、发射功率的约束条件和干扰值的约束条件，所述干扰值通过所述映射关系以及所述发射功率来表征；
根据所述约束条件计算得到所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解；
根据所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解进行通信。
在可选的实施方式中，所述约束条件包括波束与地球站需满足的预设映射关系、干扰值需小于干扰门限值、发射功率需在功率阈值范围内以及所述卫星通信星座中各个卫星的时空特性变化范围与预设轨道构型相对应。
在可选的实施方式中，根据所述约束条件计算得到所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解，包括：
根据干扰特性和约束特性进行求解计算，得到各条链路上的发射功率和映射关系；
将所述各条链路上的发射功率和映射关系进行迭代计算，分别得到所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解。
在可选的实施方式中，根据干扰特性和约束特性进行求解计算，得到各条链路上的发射功率和映射关系，包括：
通过所述多个非地球同步轨道卫星的发射功率和映射关系的乘积的累加和表征干扰值，将所述干扰值与干扰门限值进行计算，得到符合通信业务要求的各条链路上的发射功率和映射关系。
在可选的实施方式中，所述方法还包括：
根据所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解计算得到最大吞吐量。
在可选的实施方式中，根据所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解计算得到最大吞吐量，还包括：
根据下式计算得到最大吞吐量：
Figure BDA0002158223730000031
其中，ai,j表示第i个波束与第j个地球站的映射关系，pi,j表示第i个波束到第j个地球站的发射功率大小，ci,j代表每条链路的最大通信速率，qi,j为乘积系数，Ith为干扰门限值。
在可选的实施方式中，所述方法还包括：
调整所述卫星通信星座的调制方式。
在可选的实施方式中，所述调制方式包括自适应调制编码方式、脉码调制方式、相位键控调制方式、正交振幅调制方式和最小移频键控调制方式中的一种或多种。
在可选的实施方式中，在根据所述约束条件计算得到所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解之前，还包括：
进行凸优化问题转化操作，以使转化后满足凸优化问题的标准形式。
第二方面，本发明实施例提供一种卫星通信星座的***容量优化装置，所述卫星通信星座包括多个非地球同步轨道卫星，所述装置包括：
获取模块，用于获取所述卫星通信星座中***容量性能的约束条件，所述约束条件包括波束与地球站映射关系的约束条件、发射功率的约束条件和干扰值的约束条件，所述干扰值通过所述映射关系以及所述发射功率来表征；
计算模块，用于根据所述约束条件计算得到所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解；
通信模块，用于根据所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解进行通信。
本发明实施例提供了一种卫星通信星座的***容量优化方法和装置，卫星通信星座包括多个非地球同步轨道卫星，根据卫星通信星座中***容量性能的约束条件计算发射功率的最优解和与地球站的映射关系的最优解，实现发射功率与映射关系的联合优化，可以保证不对同频地球同步轨道通信***进行干扰的情况下，达到最大的***容量。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种卫星通信星座的***容量优化方法流程图；
图2为本发明实施例提供的另一种卫星通信星座的***容量优化方法流程图；
图3为本发明实施例提供的非地球同步轨道卫星通信星座的***吞吐量曲线对比变化示意图之一；
图4为本发明实施例提供的非地球同步轨道卫星通信星座的接收端集总干扰曲线对比变化示意图之一；
图5为本发明实施例提供的非地球同步轨道卫星通信星座的***吞吐量曲线对比变化示意图之二；
图6为本发明实施例提供的非地球同步轨道卫星通信星座的接收端集总干扰曲线对比变化示意图之二；
图7为本发明实施例提供的一种卫星通信星座的***容量优化装置的功能模块图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
随着NGSO卫星的增加，相同频率、临近轨道的卫星越来越多，这使得NGSO星座与GSO卫星***的同频干扰问题日益严重。根据ITU的规定，中、低轨道卫星在通信时必须采取措施避免对GSO卫星产生有害干扰，在满足自身通信需求的前提下控制发射功率，可以有效避免潜在的同频干扰。目前在功率控制方面的研究较少，主要控制方案有：自适应功率控制技术、下行自适应FEC编码技术、反馈环功率控制技术、功率分配技术等。这些方案基本上都是监测NGSO卫星***接收端的链路质量如信噪比、等效功率通量密度等，当可能产生同频干扰时，按一定规则或方法调整发射功率，以避免潜在干扰。
由于这些方案在工程实现上有一定难度，在实际中，较为常见的做法是关闭其发射机以避免干扰，而对于其他不产生干扰的链路，其对应发射机通常处于最大功率发射状态。由于发射机被关闭，当前某些链路将无法继续为地球站提供通信服务。因此，为保证通信的连续，地球站通常处于多星覆盖的情况，当某一链路无法继续通信时，地球站将接入新的NGSO卫星链路以保证通信的连续。此时，按照何种规则接入NGSO卫星***将直接影响到呼叫阻塞率、切换开销等***性能。考虑到NGSO卫星***通信的特点，目前较为常见的多星覆盖接入策略有距离优先策略、覆盖时间优先策略、最大仰角优先策略等。此外，由于地球表面地形的起伏、大气环境的变化、地物遮挡等问题，在通信时还需要根据实际情况调整调制方式，以在不同的环境下保证通信质量。
因此，为了保证NGSO通信***连续稳定，且不对其他GSO通信***产生干扰，在设计时往往需要考虑很多的变量，同时，各种不同的控制策略如功率控制、多星接入、调制方式等较为复杂，很可能导致星上资源分配不均，整个NGSO星座***的性能无法达到最佳。
基于此，本发明实施例提供的一种卫星通信星座的***容量优化方法和装置，可以保证不对同频地球同步轨道通信***进行干扰的情况下，达到最大的***容量。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种卫星通信星座的***容量优化方法进行详细介绍。
图1为本发明实施例提供一种卫星通信星座的***容量优化方法流程图。
参照图1，卫星通信星座的***容量优化方法应用于移动通信中卫星通信***技术领域，卫星通信星座包括多个非地球同步轨道卫星，包括以下步骤：
步骤S102，获取卫星通信星座中***容量性能的约束条件，约束条件包括波束与地球站映射关系的约束条件、发射功率的约束条件和干扰值的约束条件，干扰值通过映射关系以及发射功率来表征。
步骤S104，根据约束条件计算得到发射功率的最优解和映射关系的最优解。
步骤S106，根据发射功率的最优解和映射关系的最优解进行通信。
在实际应用的优选实施例中，根据卫星通信星座中***容量性能的约束条件计算发射功率的最优解和与地球站的映射关系的最优解，实现发射功率与映射关系的联合优化，可以保证不对同频地球同步轨道通信***进行干扰的情况下，达到最大的***容量。
其中，约束条件包括波束与地球站需满足的预设映射关系、干扰值需小于干扰门限值、发射功率需在功率阈值范围内以及卫星通信星座中各个卫星的时空特性变化范围与预设轨道构型相对应。
需要说明的是，NGSO卫星***的干扰规避约束，根据国际电联现有的协议框架规定，NGSO卫星***不得对GSO卫星***产生有害干扰，干扰评价指标(干扰门限值)通常为GSO卫星***接收端集总干扰噪声比或等效功率通量密度，且针对不同的频段、不同的干扰评价指标设定了不同的干扰保护标准，在此不作限定。
NGSO卫星***的发射功率约束，为了避免对空间中其他***的干扰，同时满足***自身的通信质量需求，NGSO***的发射功率P需要限定在一定区间内：其中，上限Pmax为发射机所能发射的最大值，下限Pmin为满足接收端载噪比门限的发射功率最小值，以保证自身的链路的质量；当发射功率P等于零时，则表示发射机关机，停止发射。
NGSO卫星***自身的轨道构型约束，即NGSO卫星***须在其设定的轨道上运行，各NGSO卫星的时空特性变化范围需与NGSO卫星预定的轨道构型对应。
为了更加清楚地获知发射功率以及映射关系的最优解计算方式，上述实施例中的步骤S104，包括：
1、根据干扰特性和约束特性进行求解计算，得到各条链路上的发射功率和映射关系。
其中，通过多个非地球同步轨道卫星的发射功率和映射关系的乘积的累加和表征干扰值，将干扰值与干扰门限值进行计算，得到符合通信业务要求的各条链路上的发射功率和映射关系。
2、将各条链路上的发射功率和映射关系进行迭代计算，分别得到发射功率的最优解和映射关系的最优解。
进一步的，上述方法还包括：根据发射功率的最优解和映射关系的最优解计算得到最大吞吐量，并根据最大吞吐量使***容量最优化。
根据下式计算得到最大吞吐量：
Figure BDA0002158223730000081
其中，ai,j表示第i个波束与第j个地球站的映射关系，pi,j表示第i个波束到第j个地球站的发射功率大小，ci,j代表每条链路的最大通信速率，qi,j为乘积系数，Ith为干扰门限值。
本发明实施例需要同时满足上述约束条件，在此基础上，通过发射功率和映射关系的联合优化，分配***资源以提高***容量。
考虑一个NGSO星座***和GSO卫星***同频共存的场景，NGSO***由S颗NGSO卫星和N个地球站组成，每颗NGSO卫星星上安装有K个电扫相控阵波束。
定义NGSO星座***的发射功率矩阵P＝[pi,j](S·K)×N，NGSO卫星星上波束和地球站的映射关系矩阵A＝[ai,j](S·K)×N，其中，pi,j表示第i个波束到第j个地球站的发射功率大小，每个pi,j满足Pmin≤pi,j≤Pmax或pi,j＝0；ai,j表示第i个波束与第j个地球站的映射关系，若NGSO星座的第i个波束与j个NGSO地球站建立链路，则对应ai,j取值为1，否则取值为0。具体实现方法如图2所示，包括以下步骤：
步骤S201，确定优化目标，即NGSO星座***的某一种***性能，在此不作限定，本发明实施例可以***容量性能为例，根据***容量性能设置相应的约束条件，利用约束条件构造出满足约束条件的约束方程，其中，约束方程需包含干扰约束方程、对功率矩阵P的约束方程和对波束映射关系矩阵A的约束方程。
这里，为了更加准确地计算出发射功率和映射关系的最优解，在根据约束条件计算得到发射功率的最优解和映射关系的最优解之前，通常还包括：
进行凸优化问题转化操作，以使转化后满足凸优化问题的标准形式。
步骤S202，对***性能和约束方程适当转化，以使转化后满足凸优化问题的标准形式；
步骤S203，对凸优化问题进行求解，分析卫星和地球站之间的所有潜在链路的干扰特性与约束特性，分别得到每条潜在链路上的发射功率pi,j和NGSO卫星星上波束和地球站映射关系ai,j。
步骤S204，迭代计算pi,j和ai,j的最优解
Figure BDA0002158223730000091
和
Figure BDA0002158223730000092
得到最优解矩阵Popt和Aopt。
在求解过程中，每条潜在链路发射功率pi,j所在的矩阵P0经过干扰特性与约束特性优化后得到发射功率矩阵P1，其中，矩阵P1确定映射关系矩阵A1，通过映射关系矩阵A1来优化发射功率矩阵P1得到新的发射矩阵P2，P2又确定得到了映射关系矩阵A2，以此类推，不断地互相迭代至收敛得到最后的
Figure BDA0002158223730000101
和
Figure BDA0002158223730000102
步骤S205，根据每条链路上的传播状态、链路余量调整调制方式，在满足工程所需余量的条件下，最大化链路速率，使***容量Copt达到最优。
作为一种可能的实施例，本实例中考虑***容量指标为吞吐量Tm。NGSO与GSO星座卫星***的仿真参数分别如下表1、表2所示：
表1
Figure BDA0002158223730000104
表2
Figure BDA0002158223730000103
Figure BDA0002158223730000111
定义发射功率矩阵P＝[pi,j](S·K)×N，其中，S、K、N由上表给出，每个pi,j满足0≤pi,j≤Pmax。
定义波束链路分配矩阵A＝[ai,j](S·K)×N，设ai,j∈{0,1}表示NGSO星座的第i个波束与第j个NGSO地球站的映射关系，本实例假设一个波束同一时间最多只能与一个地球站建立通信链路，反之亦然，因此波束分配元素ai,j满足：
Figure BDA0002158223730000112
通过以上定义，我们可以将吞吐量Tm通过下式表示：
Figure BDA0002158223730000113
其中，ci,j代表每条链路的最大通信速率。
由于NGSO星座***与GSO卫星***使用同一通信频点，当NGSO星座的第i个波束与第j个地球站建立下行通信链路时，NGSO星座的第i个波束会对GSO地球站接收端产生同频干扰，对应的干扰值Ii,j可表示为：
Figure BDA0002158223730000114
其中，Gngt(θ1)为NGSO星上波束在GSO地球站方向上的发射增益，Ggr(θ2)为GSO地球站在第i个波束所在NGSO卫星方向上的接收增益，di,j为第i个波束所在NGSO卫星到GSO地球站的距离，p′i,j为NGSO波束发射功率pi,j折算到重叠频段的等效发射功率，其关系为：
Figure BDA0002158223730000121
其中，Wng为NGSO星座***下行通信带宽，Wg为GSO星座***下行通信带宽，因此，干扰值Ii,j与发射功率pi,j的关系可以表示成如下形式：
Figure BDA0002158223730000122
其中，qi,j为系数，则GSO地球站接收到来自NGSO星座的集总干扰I计算如下：
Figure BDA0002158223730000123
综上，NGSO星座***应满足以下约束条件：
***发射功率pi,j满足0≤pi,j≤Pmax。
***一个波束只能与一个地球站建立通信链路，反之亦然。
***应满足干扰规避条件，干扰值低于干扰判别标准Ith(干扰噪声比门限值为-12.2dB)。
应用联合优化方法，为求得***性能吞吐量Tm的最大值，具体步骤如下：
首先构造出此问题的优化问题与约束方程，即：
Figure BDA0002158223730000131
将此问题转化为凸优化问题，即转化模型的相应条件，使之满足凸优化问题的标准形式。转化过程如下：目标函数为求吞吐量Tm的最大值，将此最大化问题转换为求最小化问题；优化变量为发射功率pi,j和波束链路ai,j，其中pi,j为连续变量，ai,j为非连续变量，将0-1非连续变量ai,j放松成取值范围为[0，1]的连续变量，最终结果为：
Figure BDA0002158223730000132
求解该问题：列出拉格朗日函数：
Figure BDA0002158223730000133
其中，λ,μ,η均为拉格朗日乘子，初始化拉格朗日乘子，运用拉格朗日对偶分解法求解该问题，其中原问题的对偶函数为：
Figure BDA0002158223730000149
将此对偶函数分解成一个主问题和(S·K)×N个子问题求解，其中每个子问题的最优解
Figure BDA0002158223730000141
和
Figure BDA0002158223730000142
满足Karush-Kuhn-Tucker(KKT)最优化条件，迭代计算pi,j和ai,j的最优解
Figure BDA0002158223730000143
和
Figure BDA0002158223730000144
在迭代计算
Figure BDA0002158223730000145
的过程中，由于约束条件C2和C3中存在互相耦合、制约的关系，因此引入图论中的二分模型，求取问题转化为二分图最小权匹配问题，利用Kuhn-Munkres算法完成最小权匹配，从而更新计算得到
Figure BDA0002158223730000146
重复迭代直至收敛，计算出凸优化问题的最优解
Figure BDA0002158223730000147
和
Figure BDA0002158223730000148
得到最优解矩阵Popt和Aopt，并计算出吞吐量Tm最优值；
在上述吞吐量最优值计算的基础上，可再调整卫星通信星座的调制方式，使吞吐量Tm达到更优值。
其中，调制方式包括但不限于自适应调制编码方式(ACM)、脉码调制方式(PCM)、相位键控调制方式(PSK/DPSK/QPSK)、正交振幅调制方式(QAM)和最小移频键控调制方式(MSK)中的一种或多种。
针对在GSO同频共存场景下的NGSO星座***，通过联合优化方式，实现已经规避了干扰的卫星中的发射功率、优化波束链路的分配，并调整调制方式等***资源，以提升***的整体容量。
作为一种可选的实施例，若NGSO星座***由于干扰值超出干扰门限，为保证NGSO星座***正常的通信业务进行，则将相应链路进行通断、切换等操作，使得映射关系或分配功率发射变化，此时则通过本发明实施例提供的通过发射功率和映射关系的联合优化方法，重新对***性能进行优化。
为突显本发明实时优化方法的优化性能，现将本发明实施例与传统分配策略1、2分别进行对比分析，其中，分配策略1、2描述如下：
分配策略1：当前NGSO星座***采用的空域隔离的方式以规避对GSO的有害同频干扰，设置链路分离角为6°，在此基础上从地球站的角度，以“最大仰角准则”分配星上波束资源。
分配策略2：采用与分配策略1相同的干扰规避策略，设置链路分离角为6°的空域隔离；在此约束下，以链路通信速率ci,j作为权值，采用KM算法求解最大权分配问题，根据求解结果完成相应的星上波束资源分配。
由图4、6可知，三种方法均能有效规避NGSO星座***对GSO卫星***的有害干扰。如图3所示，NGSO星座***使用本发明实施例方法时对应的***吞吐量整体高于使用分配策略1时的***吞吐量，平均高出6.1％；由图5、6所示，本发明实施例方法和分配策略2在集总干扰约束较弱的情况下对应的NGSO星座***吞吐量的差异较小；但轨道条件较差时，GSO地球站接收的集总干扰约束变强，本发明实施例方法相比分配策略2，吞吐量的最差值提高了11.6％。
由上述分析可知，本发明实施例通过调整NGSO星座***中发射机的发射功率、NGSO卫星星上波束和地球站的映射关系、调整调制方式等***资源，可以保证不对同频地球同步轨道通信***进行干扰的情况下，优化资源分配，使***容量达到最优。
如图7所示，本发明实施例还提供一种卫星通信星座的***容量优化装置，卫星通信星座包括多个非地球同步轨道卫星，装置包括：
获取模块，用于获取卫星通信星座中***容量性能的约束条件，约束条件包括波束与地球站映射关系的约束条件、发射功率的约束条件和干扰值的约束条件，干扰值通过映射关系以及发射功率来表征；
计算模块，用于根据约束条件计算得到发射功率的最优解和映射关系的最优解；
通信模块，用于根据发射功率的最优解和映射关系的最优解进行通信。
本发明实施例提供的卫星通信星座的***容量优化装置，与上述实施例提供的卫星通信星座的***容量优化方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
本发明实施例所提供的卫星通信星座的***容量优化方法和装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例提供的卫星通信星座的***容量优化方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例的卫星通信星座的***容量优化方法的步骤。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种卫星通信星座的***容量优化方法，其特征在于，所述卫星通信星座包括多个非地球同步轨道卫星，所述方法包括：
获取所述卫星通信星座中***容量性能的约束条件，所述约束条件包括波束与地球站映射关系的约束条件、发射功率的约束条件和干扰值的约束条件，所述干扰值通过所述映射关系以及所述发射功率来表征；
根据所述约束条件计算得到所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解；
根据所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解进行通信；
所述方法还包括：
根据所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解计算得到最大吞吐量；
根据所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解计算得到最大吞吐量，还包括：
根据下式计算得到最大吞吐量：
Figure FDA0002489625780000011
Figure FDA0002489625780000012
Figure FDA0002489625780000013
Figure FDA0002489625780000014
Figure FDA0002489625780000015
Figure FDA0002489625780000016
其中，所述卫星通信星座包括S颗非地球同步轨道卫星和N个地球站，每颗非地球同步轨道卫星星上安装有K个电扫相控阵波束，ai,j表示第i个波束与第j个地球站的映射关系，pi,j表示第i个波束到第j个地球站的发射功率大小，ci,j代表每条链路的最大通信速率，qi,j为乘积系数，Ith为对同频地球同步轨道通信***的集总干扰不可超过的干扰门限值，
Figure FDA0002489625780000021
为所述干扰值。
2.根据权利要求1所述的***容量优化方法，其特征在于，所述约束条件包括波束与地球站需满足的预设映射关系、干扰值需小于干扰门限值、发射功率需在功率阈值范围内以及所述卫星通信星座中各个卫星的时空特性变化范围与预设轨道构型相对应。
3.根据权利要求2所述的***容量优化方法，其特征在于，根据所述约束条件计算得到所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解，包括：
根据干扰特性和约束特性进行求解计算，得到各条链路上的发射功率和映射关系；
将所述各条链路上的发射功率和映射关系进行迭代计算，分别得到所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解。
4.根据权利要求3所述的***容量优化方法，其特征在于，根据干扰特性和约束特性进行求解计算，得到各条链路上的发射功率和映射关系，包括：
通过所述多个非地球同步轨道卫星的发射功率和映射关系的乘积的累加和表征干扰值，将所述干扰值与干扰门限值进行计算，得到符合通信业务要求的各条链路上的发射功率和映射关系。
5.根据权利要求1所述的***容量优化方法，其特征在于，所述方法还包括：
调整所述卫星通信星座的调制方式。
6.根据权利要求5所述的***容量优化方法，其特征在于，所述调制方式包括自适应调制编码方式、脉码调制方式、相位键控调制方式、正交振幅调制方式和最小移频键控调制方式中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的***容量优化方法，其特征在于，在根据所述约束条件计算得到所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解之前，还包括：
进行凸优化问题转化操作，以使转化后满足凸优化问题的标准形式。
8.一种卫星通信星座的***容量优化装置，其特征在于，所述卫星通信星座包括多个非地球同步轨道卫星，所述装置包括：
获取模块，用于获取所述卫星通信星座中***容量性能的约束条件，所述约束条件包括波束与地球站映射关系的约束条件、发射功率的约束条件和干扰值的约束条件，所述干扰值通过所述映射关系以及所述发射功率来表征；
计算模块，用于根据所述约束条件计算得到所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解；
通信模块，用于根据所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解进行通信；
所述计算模块还用于根据所述发射功率的最优解和所述映射关系的最优解计算得到最大吞吐量；
所述计算模块还用于根据下式计算得到最大吞吐量：
Figure FDA0002489625780000041
Figure FDA0002489625780000042
Figure FDA0002489625780000043
Figure FDA0002489625780000044
Figure FDA0002489625780000045
Figure FDA0002489625780000046
其中，所述卫星通信星座包括S颗非地球同步轨道卫星和N个地球站，每颗非地球同步轨道卫星星上安装有K个电扫相控阵波束，ai,j表示第i个波束与第j个地球站的映射关系，pi,j表示第i个波束到第j个地球站的发射功率大小，ci,j代表每条链路的最大通信速率，qi,j为乘积系数，Ith为对同频地球同步轨道通信***的集总干扰不可超过的干扰门限值，
Figure FDA0002489625780000047
为所述干扰值。
CN201910727794.4A 2019-08-07 2019-08-07 卫星通信星座的***容量优化方法和装置 Active CN110278024B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910727794.4A CN110278024B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 卫星通信星座的***容量优化方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910727794.4A CN110278024B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 卫星通信星座的***容量优化方法和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110278024A CN110278024A (zh) 2019-09-24
CN110278024B true CN110278024B (zh) 2020-07-24

Family

ID=67965868

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910727794.4A Active CN110278024B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 卫星通信星座的***容量优化方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110278024B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111865398B (zh) * 2020-07-01 2022-06-03 哈尔滨工业大学（深圳） 一种大规模leo卫星部署下的星地传输方法
CN112994778B (zh) * 2021-02-07 2022-07-29 哈尔滨工业大学 基于业务优先级的高通量卫星波束自适应调度方法
CN113536550B (zh) * 2021-06-29 2024-01-12 中国人民解放军63920部队 态势图生成方法、装置、非易失性存储介质及处理器
CN113595616B (zh) * 2021-07-27 2022-05-17 北京邮电大学 一种基于卫星天线波束指向优化的ngso***间干扰减缓方法
CN113825238B (zh) * 2021-09-03 2024-02-20 天地信息网络研究院(安徽)有限公司 一种卫星通信中柔性信令波束多场景应用方法
CN113691332B (zh) * 2021-09-10 2022-05-27 北京科技大学 一种低轨卫星通信***的同频干扰表征方法及装置
CN114301512B (zh) * 2021-12-10 2022-10-14 西安电子科技大学 一种面向多层低轨卫星网络承载容量评估方法及***
CN114553300B (zh) * 2022-02-18 2023-02-17 清华大学 一种卫星***多天线地球站无线资源快速分配方法及***
CN116865843B (zh) * 2023-09-05 2023-12-26 武汉能钠智能装备技术股份有限公司 一种卫星***卫星间链路分配***及方法
CN117544255B (zh) * 2023-11-09 2024-07-02 中国人民解放军军事科学院***工程研究院 一种ngso卫星干扰情况矩阵流形可视化方法
CN117375706B (zh) * 2023-12-04 2024-03-12 成都本原星通科技有限公司 一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化方法和***

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102355294A (zh) * 2011-11-01 2012-02-15 东南大学 单基站功率约束的多点协作波束成型和功率分配方法
CN105744531A (zh) * 2016-02-04 2016-07-06 中国空间技术研究院 基于直列式干扰抑制的geo和ngeo通信卫星频谱共享方法
CN108419286A (zh) * 2018-01-18 2018-08-17 北京邮电大学 一种面对5g无人机通信联合波束与功率的分配算法
US10104641B2 (en) * 2013-03-01 2018-10-16 Intel IP Corporation Network selection in a heterogeneous network

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7286855B2 (en) * 1995-02-22 2007-10-23 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Jr. University Method and apparatus for adaptive transmission beam forming in a wireless communication system
US5822680A (en) * 1996-11-07 1998-10-13 Teledesic Llc Frequency sharing for satellite communication system
FR2782214B1 (fr) * 1998-08-06 2006-11-10 Alsthom Cge Alkatel Procede d'allocation de liens entre un ensemble de zones et un ensemble de satellites
CN107342804B (zh) * 2016-04-28 2019-07-19 北京大学 卫星通信***中抑制邻星干扰的方法
CN106027138B (zh) * 2016-05-05 2018-07-13 清华大学 规避与同步卫星共线干扰的地面站***及方法
CN107276660B (zh) * 2017-06-22 2018-08-31 清华大学 非正交多址空地协同通信***中资源分配方法及装置
CN108882245B (zh) * 2018-07-03 2023-02-28 中国人民解放军陆军工程大学 一种geo与leo认知卫星网络及其动态频率分配方法
CN108631840A (zh) * 2018-07-05 2018-10-09 东南大学 基于中断概率约束的多波束卫星通信***鲁棒预编码方法
CN109412682B (zh) * 2018-12-19 2021-03-19 北京卫星信息工程研究所 一种中低轨星座卫星波束频率资源分配方法
CN109743098B (zh) * 2018-12-30 2020-06-16 清华大学 频谱共享方法、相关装置、通信方法和计算机可读介质

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102355294A (zh) * 2011-11-01 2012-02-15 东南大学 单基站功率约束的多点协作波束成型和功率分配方法
US10104641B2 (en) * 2013-03-01 2018-10-16 Intel IP Corporation Network selection in a heterogeneous network
CN105744531A (zh) * 2016-02-04 2016-07-06 中国空间技术研究院 基于直列式干扰抑制的geo和ngeo通信卫星频谱共享方法
CN108419286A (zh) * 2018-01-18 2018-08-17 北京邮电大学 一种面对5g无人机通信联合波束与功率的分配算法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110278024A (zh) 2019-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110278024B (zh) 卫星通信星座的***容量优化方法和装置
US9974081B2 (en) Method of power allocation and base station using the same
Kyrgiazos et al. A terabit/second satellite system for European broadband access: a feasibility study
Christopoulos et al. Linear and nonlinear techniques for multibeam joint processing in satellite communications
CN113595616B (zh) 一种基于卫星天线波束指向优化的ngso***间干扰减缓方法
CA3163380C (en) Systems and methods for operating a multi-band satellite terminal
Ge et al. Joint user pairing and power allocation for NOMA-based GEO and LEO satellite network
Wang et al. Spectrum optimization for cognitive satellite communications with cournot game model
Wang et al. Admission control and power allocation for NOMA-based satellite multi-beam network
CN116156421A (zh) 一种基于双层卫星异构网络的差异化业务传输方法
Wang et al. On fairness optimization for NOMA-enabled multi-beam satellite systems
CN115882924A (zh) 一种基于noma的跳波束卫星通信***设计方法
CN113365288B (zh) 一种基于SWIPT的NB-IoT***上行链路资源分配法
Lee et al. Interference mitigation for reverse spectrum sharing in B5G/6G satellite-terrestrial networks
Lagunas et al. Resource allocation for cognitive satellite uplink and fixed-service terrestrial coexistence in Ka-band
Yu et al. Adaptive spatial modulation and thresholds optimization for MIMO systems in correlated Rayleigh channels
Adeane et al. Centralised and distributed power allocation algorithms in cooperative networks
CN110611525A (zh) 一种基于速率分拆的信号传输、接收方法及装置
Nguyen et al. Cognitive radio based resource allocation for sum rate maximization in dual satellite systems
Bhowal et al. Performance evaluation of RIS-assisted full-duplex MIMO bidirectional communications with a realistic channel model
KR102263034B1 (ko) 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법
Bastami et al. Outage-constrained robust and secure design for downlink rate-splitting UAV networks
Jo et al. Analysis on the neural network-aided satellite resource allocation schemes
KR20090108358A (ko) 광대역 무선 접속 시스템에서 같은 무선 자원 사용을 통해발생하는 간섭을 이용한 효율적인 간접 제거 장치 및 방법
Li et al. Max-Min fair resource allocation for min-rate guaranteed services in distributed antenna systems

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant