CN114142907A

CN114142907A - 一种通信终端设备的信道筛选优化方法及***

Info

Publication number: CN114142907A
Application number: CN202111044458.3A
Authority: CN
Inventors: 吕强; 沈洁; 唐尧; 王捷; 马萍; 刘涛; 付志权; 李阳; 李瑞凯; 杨立业
Original assignee: Beijing Guodian Gaoke Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Guodian Gaoke Technology Co ltd
Priority date: 2021-09-07
Filing date: 2021-09-07
Publication date: 2022-03-04
Anticipated expiration: 2041-09-07
Also published as: CN114142907B

Abstract

本发明公开一种通信终端设备的信道筛选优化方法及***，多个卫星与多地面基站组网，有新终端接入时，对存在资源竞争占用的新接入终端，在传输数据时进行信道筛选，该方法包括：获取多地面基站的无线射频信道信号；基于原始卫星各自数据任务对地面基站的虚拟分区，进行虚拟信道传输矩阵映射，获得信源编码矩阵和信道编码矩阵；基于此，以无线射频信道信号传输容量的模小于虚拟分区最大接收功率和无线射频信道信号的信噪比强度最小为条件；实现虚拟分区的动态筛选和信道初筛；根据动态参数获得排列的优先级，根据优先级与其他终端组合，实现信道精筛。用于解决现有技术中资源受限时，卫星与地面站间的平衡切换，并提高卫星通信资源有效利用率。

Description

一种通信终端设备的信道筛选优化方法及***

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体是一种通信终端设备的信道筛选优化方法及***。

背景技术

卫星通信***主要由卫星端、地面端和用户端三部分构成，卫星端在空中起到中继站的作用，即把地面站发送的电磁波放大后再返送回另一地面站，地面站是卫星***与地面公网的接口，地面用户端也可以通过地面站出入卫星***形成链路。

在实际应用过程中，一个卫星可能同时与多个地面站通信，多个卫星也可能同时与同一地面站通信，在卫星通信资源有限的情况下，难以实现卫星与地面站之间的平衡切换。

发明内容

本申请提供一种通信终端设备的信道筛选优化方法及***，用于克服现有技术中卫星与地面站之间切换的平衡性不佳的缺陷，通过卫星通信终端设备对信道的筛选和优化，一方面增强卫星与地面站之间切换的平衡性，另一方面提高卫星通信资源的有效利用率。

为实现上述目的，本申请提供一种方法通信终端设备的信道筛选优化方法，多个卫星分别与多个地面基站自主组网，在有新的卫星和/或终端接入网络时，对存在资源竞争占用的新接入卫星和/或终端，在传输数据时进行信道筛选和优化，该优化方法包括：

获取多个地面基站的多个无线射频信道信号；

基于原始接入网络的卫星各自的数据任务对地面基站进行的虚拟分区，进行虚拟信道传输矩阵映射，获得信源编码矩阵并形成信道编码矩阵；

基于信源编码矩阵和信道编码矩阵，以无线射频信道信号的传输容量的模小于虚拟分区最大接收功率和无线射频信道信号的信噪比强度最小为条件；实现虚拟分区的动态筛选和虚拟分区内地面基站的无线射频信道的初步筛选；

根据动态参数获得排列优先级，根据优先级与其他卫星和/或终端优化组合，实现虚拟分区内地面基站的无线射频信道的优化筛选。

通过采用上述的技术方案，对于新接入自主组网网络的卫星或终端，如果不存在资源竞争占用，则正常传输数据即可，如果存在资源竞争，则基于每个新接入网络的卫星或终端采用该方法，首先获得能够建立连接的地面基站，可能不唯一，对于每一连接的地面基站可能同时获得多个无线射频信道信号；根据原始入网卫星和/或终端各自的数据传输任务，对地面基站进行的虚拟分区，获得新入网的卫星和/或终端的信源编码矩阵；通过虚拟信道传输矩阵映射获得信道编码矩阵，根据信源编码矩阵与射频发射频率及基站编码矩阵以及信道编码矩阵（噪声信号强度）之间的关系模型，以无线射频信道信号的传输容量的模小于虚拟分区最大接收功率和无线射频信道信号的信噪比强度最小为条件，对上述虚拟分区进行动态选择，通过此方式对新接入的终端用户排队，实现信道的粗筛；再根据终端的动态参数进行优先级排列，最后根据优先级与其他卫星和/或终端优化组合，实现信道的精确筛选和优化。相对于相关技术，本申请的方案终端通过对虚拟分区的筛选，实现了对接入终端的动态选择，从而降低因虚拟分区拥塞而导致的数据吞吐不畅，增强卫星与地面站之间切换的平衡性；另一方面终端对信道的精确化筛选是基于各自动态参数反应的实际需求的先后次序进行的组合和优化，完成任务传输的基础上提高了卫星通信资源的有效利用率。

可选的，所述获取多个地面基站的多个无线射频信道信号的步骤之后，还包括：

根据信道条件，对多个无线射频信道信号进行标签分类获得分类标签；

所述获得信源编码矩阵和信道编码矩阵的步骤包括：

对分类标签进行聚类分解，获得聚类特征矩阵；

将所述聚类特征矩阵分别进行虚拟信道传输矩阵映射，获得信源编码矩阵，并形成信道编码矩阵；

通过采用上述的技术方案，基于信道的功率、频段、传输速度、容量、时延、码间干扰等信道条件，对多个无线射频信道信号进行标签分类获得分类标签，对具有分类标签的信道信号进行聚类分解，获得聚类特征矩阵；将聚类特征矩阵基于虚拟分区的无线射频信道进行信道传输矩阵映射，获得信源编码矩阵，进而形成信道编码矩阵。通过信道传输矩阵映射，对接收过程的终端信号进行传输层次的映***度提高，实现对信号上传带宽的有效利用。

可选的，所述虚拟分区动态筛选的步骤包括：

获取新接入卫星对接入网络内其他卫星的最小影响功率；

实时获取最佳接入卫星数量；

根据最佳接入卫星数量以及最小影响功率与对应基站最低信道数量构成的参数模型，获得选择参数；

基于获得的选择参数，以无线射频信道信号的传输容量的模小于虚拟分区最大接收功率和无线射频信道信号的信噪比强度最小为条件，对选择参数进行调整，完成对虚拟分区选择。

通过采用上述的技术方案，能够通过对实时入网的终端数量进行调整，以对其他卫星或终端的功率影响最小和干扰影响最低为条件，实现虚拟分区的动态选择，从而提升网络资源利用的最大化。

可选的，所述虚拟分区内地面基站的无线射频信道初步筛选的步骤包括：

将全部虚拟分区中地面基站的功率与获取的最小影响功率对比；

筛选出功率大于最小影响功率的虚拟分区；

按照参数模型调整选择参数；

基于调整的选择参数获得虚拟分区对应的信道。

通过采用上述的技术方案，在功率大于最小影响功率的虚拟分区能够最低程度上实现所选虚拟分区的基站满处于作状态；通过对信道选择参数的调整，实现最优信道的粗筛。

可选的，所述虚拟分区内地面基站的无线射频信道初步筛选的步骤还包括：

通过参数模型对当前信道进行有效筛选；

在处于活跃状态的卫星的功率低于最小影响功率时，确认当前信道处于冗余状态。

通过采用上述的技术方案，通过模型有效筛选当前信道，并筛选活跃的卫星作为主要参与功率计算的对象，以提高筛选效率。

可选的，所述动态参数包括：

实时性参数；

功率参数；

数据量；

星地距离；

卫星仰角；

卫星姿态；和/或

无线射频信道状态；

对每个动态参数进行赋权，根据动态参数算出每个终端和信道的权值，依据权值大小进行优先级排序。

通过采用上述的技术方案，对上述每个动态参数进行赋权，根据动态参数的赋权计算每个终端的权值以及信道的权值，对终端和信道的权值分别进行优先级排序，并将权值最高的信道配置给权值最高的终端；实现初筛信道的优化选择；更进一步提高资源分配的优化性，提升网络资源的有效利用率。

可选的，上述方法还包括：

在新接入卫星的数据量小于数据量阈值下限时，将接入网络的其他卫星的数据拼接为一个数据帧。

通过采用上述的技术方案，结合实际状况对传输的数据帧进行灵活组合，一方面提升卫星数据传输的效率，另一方面提高信道的利用率。

可选的，上述方法还包括：

在新接入卫星的数据量大于数据量阈值上限时，将传输数据压缩处理并缓存；

将缓存的压缩数据映射到多个筛选的虚拟通道。

可选的，上述方法还包括：还包括：

在两个以上卫星传输同类信号时，对同类信号采用边缘计算汇集；或进行数据压缩；

采用地面中继对信道汇集后，进行星地传输。

通过采用上述的技术方案，结合目前卫星传输率比地面低，容量也小。所以尽量压缩星地间传输的数据量，可采用数据标签等方式减少星地间的数据传输量，提升传输效率。中继可以把距离较近的几个信号，先用地面近距离通信（蓝牙、wifi等）先汇集到中继站，再去掉冗余信息，或经过边缘计算处理后的信息（筛选过程），最后得到的信息通过中继站进行星地传输，同样可提升传输效率。

为实现上述目的，本申请还提供一种通信终端设备的信道筛选优化***，包括：

存储器，存储有信道筛选优化程序；

处理器，在运行所述数据处理程序时执行上述方法的步骤。

采用上述的技术方案，在处理器执行上述方法的步骤时，基于实际情况能实现优化网络资源的配置和提升网络资源利用率的技术效果。

本申请提供的通信终端设备的信道筛选优化及***，具有如下综合技术效果：

通过信道传输矩阵映射，对接收过程的终端信号进行传输层次的映***度提高，实现对信号上传带宽的有效利用。

通过虚拟卫星分区选择的过程，可实现对接入卫星的动态选择，从而降低因虚拟分区拥塞而导致的数据吞吐不畅问题；

通过容量扩容，能够在信号接入网络时最大限度的扩充可达带宽，降低因带宽不畅而带来的用户体验下降的问题；

传输同类信号时，通过接入信号的密集化，能够将卫星终端信号转换或提取为卫星可识别信号，采用数字化方式进行信号处理，提高处理效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本申请实施例中通信终端设备的信道筛选优化方法的流程图。

图2为本申请实施例中步骤S310的方法流程图。

图3为本申请实施例中步骤S320的方法流程图。

图4为本申请实施例中步骤S400的方法流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种通信终端设备的信道筛选优化方法，该方法适用的硬件场景如下：多个卫星分别与多个地面基站自主组网，在有新的卫星和/或终端接入自主组建的网络时，对存在资源竞争占用的新接入卫星和/或终端，在传输数据时有必要进行信道筛选和信道优化，以提升资源的有效率，并在有效的资源条件下，提高卫星和/或终端与地面基站之间的数据传输速率，提升用户的体验。需要说明的是，新的终端在接入网络时，是随机的，且通过防碰撞计算后随机接入。

该方法包括以下步骤：

S100，获取多个地面基站的多个无线射频信道信号；

在本申请一实施例中，通信终端设备与地面基站之间（包括卫星以及任意形式的用户终端）采用4G或5G网络信号通信，基于虚拟分区方式实现终端数据下载链路的联合基站传输，即对于每个卫星而言，有可能需要地面多个基站协作才能完成数据的传输，若整个组网***中有M个处于混构状态的虚拟分区基站，接入的终端节点的数量为N，对于任一虚拟分区的基站，所对应的无线射频信道数量为K，对于任一终端，所对应上传数据链路的信道有1条。对于一新接入的终端设备，如果仅在一个基站无线射频信号的覆盖范围，基于频段的设置一般会接收到一个无线射频信道的信号；如果在两个基站无线射频信号的共同辐射范围，通常情况下至少会接收到两个无线射频信道的信号；为了提升接收到卫星信号的概率，通常地面基站架设的比较密集，本方案中属于后者。

S200，基于原始接入网络的卫星和/或终端各自的数据任务对地面基站进行的虚拟分区，进行虚拟信道传输矩阵映射，获得信源编码矩阵并形成信道编码矩阵；基于每个原始卫星（可理解为接入的终端）的服务对地面基站进行虚拟分区，如果原始入网卫星有N个，那么虚拟分区可能有N个，对于新终端接入网络时将至少有N个不同的虚拟分区可供选择；虚拟分区也有可能为N-1个，那么对于新终端接入网络时将至少有N-1个不同的虚拟分区可供选择。

其中有n个接收端，m个发射端。它们可以是实际物理设备，也可以是虚拟端，例如天线的一个波束赋型就是一个虚拟发射端。矩阵H称为信道条件矩阵，h为矩阵H中的元素，对应nm个实体（或虚拟）信道；x代表输入信号，y代表输出信号。上式中对应的是噪声系数。例如下式：

（1）

S300，基于信源编码矩阵和信道编码矩阵，以无线射频信道信号的传输容量的模小于虚拟分区最大接收功率和无线射频信道信号的信噪比强度最小为条件；实现虚拟分区的动态筛选和虚拟分区内地面基站的无线射频信道的初步筛选；

通过以终端接收到的无线射频信道信号为基础进行计算和分析，实现信道的筛选，该方案从实际情况出发，能过获得更为客观实际的效果。基于终端的接收信号F与该终端的射频信号发射功率、该终端的信号背景噪声强度、该终端对应的信源编码矩阵、基站的编码矩阵以及高斯白噪声信号强度质检的关系模型，获得该终端对应的信噪比强度与信源编码矩阵的关系模型，结合香农定理获得传输容量满足的限制条件：

线射频信道信号的传输容量的模小于虚拟分区最大接收功率和无线射频信道信号的信噪比强度最小；

通过调整容量系数能够调节信道容量以满足上述限制条件，进而实现以最佳的信道容量进行数据吞吐。

S400，根据动态参数获得排列的优先级，根据优先级与其他卫星和/或终端组合，实现虚拟分区内地面基站的无线射频信道的优化筛选。

这里的动态参数包括终端设备的，例如：卫星的传输数据的实时性要求（包括数据量变化、时间等）、传输功率、数据量大小、星地距离、卫星仰角等；也包括地面基站信道的，例如：信道功率、信道状态（占用、闲置、间歇性占用）等；可以根据不同的动态参数对资源占用的影响大小进行赋权，将上述动态参数的权值参与上述计算，获得终端和信道的权值，根据权值排列优先级，根据优先级对不同的终端进行优化组合，结合动态场景实现无线射频信道的优化筛选，进而提升资源的有效利用。

在本申请一实施例中，在S100与S200之间还包括：

S110，根据信道条件（包括：信道的功率、频段、传输速度、容量、时延、带宽、增益、干扰等），获得分类标签；

这里的信道条件包括但不限于信道的功率、频段、传输速度和容量；若同时接入或先后接入的终端包括多个，则对每个终端接收的多个无线射频信道的信号可以按照上述信道条件选择分类标签，进行标签分类，例如，在网络中同时存在多个接入终端需要进行数据交互时，可以选择对信道的功率作为分类标签，也可以选择功率和容量作为分类标签。

S120，根据分类标签进行聚类分析，获得聚类特征矩阵；

对多个无线射频信道信号进行标签分类；并按照分类标签进行聚类分解，最终获得聚类特征矩阵；具体根据公知的聚类算法按照分类标签对信道信号进行聚类分解，例如：可以根据选择的分类标签的特性选择采用不同的参数特征值和特征向量，提取聚类特征进行聚类分解来获得聚类结果，聚类结果可以用聚类特征矩阵来表示。

所述获得信源编码矩阵和信道编码矩阵的步骤S210包括：

S211，将所述聚类特征矩阵分别进行虚拟信道传输矩阵映射，获得信源编码矩阵，并形成信道编码矩阵。

信道编码矩阵可以理解为传输矩阵，用于描述信源编码的增益，例如（1）式在信道条件矩阵H前再乘以信道编码矩阵G，得到编码增益后的信道条件。H表征信道衰落，G为一个对角阵，表示对应的信道编码增益。例如，n*n的矩阵。

所述虚拟分区动态筛选的步骤S310包括：

S311，获取新接入卫星对接入网络内其他卫星的最小影响功率；

S312，实时获取最佳接入卫星数量；

可以理解为通过S311的条件获得接入卫星的最佳集合。

S313，根据最佳接入卫星数量以及最小影响功率与对应基站最低信道数量构成的参数模型，获得选择参数；

这些信道参数包括：信道条件、天线增益、编码增益、卫星仰角、相对速度等信息，它们构成一个信道参数矩阵。多个卫星对多个用户终端的信道条件是嵌入矩阵。例如1号卫星与1号用户的信道条件就是矩阵。

S314，基于获得的选择参数，以无线射频信道信号的传输容量的模小于虚拟分区最大接收功率和无线射频信道信号的信噪比强度最小为条件，对选择参数进行调整，完成对虚拟分区选择。

对选择参数进行调整时，可以选择上述任意参数进行调整，调整后信道参数矩阵会相应产生变化，进而通过上述调整后的参数能实现对信道容量的确定。

所述虚拟分区内地面基站的无线射频信道初步筛选的步骤S320包括：

S321，将全部虚拟分区中地面基站的功率与获取的最小影响功率对比；

S322，筛选出功率大于最小影响功率的虚拟分区；

S323，按照参数模型调整选择参数；

S324，基于调整的选择参数获得虚拟分区对应的信道；

S325，通过参数模型对当前信道进行有效筛选；

S326，在处于活跃状态的卫星的功率低于最小影响功率时，确认当前信道处于冗余状态。

在卫星采用相同的制式时，可以理解为当前信道有能力或有条件提供额外的信道带宽，完成新接入终端的数据传输服务。

S400包括：

S410，所述动态参数包括：实时性参数、信道功率参数、数据量、星地距离、卫星仰角、卫星姿态、和/或无线射频信道状态；信道功率参数包含卫星和终端收发信机的功率要求，信道衰落的功率参数。

S420，对每个动态参数进行赋权，根据动态参数的赋权算出每个终端和信道的权值；

S430，依据权值大小进行优先级排序；

例如：对于用户每个信道条件i的权值为W_i(k)，该项的数值为α_i(k)，该用户的加权数为：

。信道权值是权重，比如：整个100分，5项各20分。α是对这项打分，0 ~1之间。0.8相当于这项只能拿到80分。

S440，基于优先级顺序对终端进行组合，并分配信道。

例如，对上述用户的加权数进行排序

。

选取排名靠前的一个或几个用户进行调度，分配资源。

在本方案一实施例中，该方法还包括：

S500，在新接入卫星的数据量小于数据量阈值下限时，将接入网络的其他卫星的数据拼接为一个数据帧。

通过该方式，在终端组合后，能够将不同终端或不同卫星的数据进行拼接，组合成一个数据帧，以提高数据传输的速度。

S600，在新接入卫星的数据量大于数据量阈值上限时，将传输数据压缩处理并缓存；将缓存的压缩数据映射到多个筛选的虚拟通道。

通过终端的组合后，若数据量过大，则可以采用压缩算法将数据压缩处理后缓存，然后将缓存的压缩数据通过信道传输矩阵映射到多个筛选的虚拟通道，通过多个虚拟通道完成压缩数据的传输。在接收端，还需将不同虚拟信道的信息汇集，还原。

S700，在两个以上卫星传输同类信号时，对同类信号采用边缘计算汇集；或进行数据压缩；采用地面中继对信道汇集后，进行星地传输。

目前卫星传输率比地面低，容量也小。所以尽量压缩星地间传输的数据量。中继是指把距离较近的几个信号，先用地面近距离通信（蓝牙、wifi等）先汇集到中继站，再去掉冗余信息，或经过边缘计算处理后的信息（筛选过程），最后得到的信息通过中继站进行星地传输。

需要说明的是，这里的S500- S700的顺序可以任意调换，而不受序号约束。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施例提供一种通信终端设备的信道筛选优化***，包括处理器和存储器，所述存储器存储有程序，所述处理器在运行程序时执行实施例一方法的步骤。该***可作为卫星或终端的内嵌***或外挂***，在进行数据传输时执行上述程序，以实现与实施例相同的技术效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种通信终端设备的信道筛选优化方法，其特征在于，多个卫星分别与多个地面基站自主组网，在有新的卫星和/或终端接入网络时，对存在资源竞争占用的新接入卫星和/或终端，在传输数据时进行信道筛选和优化，该优化方法包括：

获取多个地面基站的多个无线射频信道信号；

基于原始接入网络的卫星和/或终端各自的数据任务对地面基站进行的虚拟分区，进行虚拟信道传输矩阵映射，获得信源编码矩阵并形成信道编码矩阵；

根据动态参数获得排列的优先级，根据优先级与其他卫星和/或终端组合，实现虚拟分区内地面基站的无线射频信道的优化筛选。

2.根据权利要求1所述的通信终端设备的信道筛选优化方法，其特征在于，所述获取多个地面基站的多个无线射频信道信号的步骤之后，还包括：

根据信道条件，获得分类标签；

根据分类标签对多个无线射频信道信号进行聚类分析，获得聚类特征矩阵；

所述获得信源编码矩阵和信道编码矩阵的步骤包括：

将所述聚类特征矩阵分别进行虚拟信道传输矩阵映射，获得信源编码矩阵，并形成信道编码矩阵。

3.根据权利要求2所述的通信终端设备的信道筛选优化方法，其特征在于，所述虚拟分区动态筛选的步骤包括：

获取新接入卫星对接入网络内其他卫星的最小影响功率；

实时获取最佳接入卫星数量；

4.根据权利要求3所述的通信终端设备的信道筛选优化方法，其特征在于，所述虚拟分区内地面基站的无线射频信道初步筛选的步骤包括：

筛选出功率大于最小影响功率的虚拟分区；

按照参数模型调整选择参数；

基于调整的选择参数获得虚拟分区对应的信道。

5.根据权利要求4所述的通信终端设备的信道筛选优化方法，其特征在于，所述虚拟分区内地面基站的无线射频信道初步筛选的步骤还包括：

通过参数模型对当前信道进行有效筛选；

6.根据权利要求1~5任一项所述的通信终端设备的信道筛选优化方法，其特征在于，所述动态参数包括：

实时性参数；

功率参数；

数据量；

星地距离；

卫星仰角；

卫星姿态；和/或无线射频信道状态；

对每个动态参数进行赋权，根据动态参数的赋权算出每个终端和信道的权值，依据权值大小进行优先级排序。

7.根据权利要求1~5任一项所述的通信终端设备的信道筛选优化方法，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求1~5任一项所述的通信终端设备的信道筛选优化方法，其特征在于，还包括：

将缓存的压缩数据映射到多个筛选的虚拟通道。

9.根据权利要求1~5任一项所述的通信终端设备的信道筛选优化方法，其特征在于，还包括：

采用地面中继对信道汇集后，进行星地传输。

10.一种通信终端设备的信道筛选优化***，其特征在于，包括：

存储器，存储有信道筛选优化程序；

处理器，在运行所述数据处理程序时执行权利要求1~9任一项所述方法的步骤。