[發明專利]衛星通信系統中的功率分配方法

有效

• 申請號: 201410077472.7
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN103857027B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 劉愛軍;張邦寧;王恒;潘小飛;郭道省;潘克剛;童新海;張應憲;葉展;楊思祥;丁科;方華;晉軍;龔超;續欣
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: H04W52/34
• 分類號: H04W52/34
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于資源分配的技術領域，具體涉及一種衛星通信系統中的功率分配方法。

背景技術

在現代衛星通信系統中，由于衛星平臺的限制，星上的功率資源是有限及寶貴的。為了更好的滿足用戶的業務需求，必須要提高功率資源的使用效率。由于每個用戶的業務申請量不同，并且不同用戶的信道條件也不同。因此必須根據用戶的業務申請量和信道條件將功率資源動態的分給不同的用戶以提高資源利用率。

由于功率分配影響到整個衛星通信系統的性能，因此其得到了廣泛的研究。如著名的“注水算法”，該算法以最大化系統容量為目標，根據每個用戶的信道條件來進行功率分配，信道條件好的用戶將分配更多的功率資源，而信道條件差的用戶將分配更少的功率資源。但是這種算法有個明顯的缺點，即沒有考慮到每個用戶的業務需求，一個用戶的信道條件雖然好，但是其業務需求量很小，因此給其分配較多的功率資源明顯的會造成浪費；一個用戶的信道條件雖然差，但是其業務需求比較大，而給其分配較小的功率資源明顯的會造成功率分配之間不公平性。為此，J.P.Choi and V.W.S.Chan等人以最小化所有用戶業務需求和分配容量之差的平方和為優化目標，將功率分配問題建模成一個凸優化問題，并且分析出了不同的因素對于功率分配結果的影響。但是他們并沒有提出具體的算法以解決該問題。為此，Yang Hong和Qi Feng等人分別將二分法和次梯度法應用于求解該優化問題。上述研究中的一個主要問題在于，每個用戶的分配到容量和分配到的功率資源的關系是通過香農公式來確定的，然而香農容量公式在實際的衛星通信系統中無法實現，其只具有理論參考意義，因此，以上研究中功率分配結果在實際的衛星通信系統中并不是最優的結果。為此，Apostolos Destounis等人通過實際的衛星鏈路計算方程來確定用戶的容量，然后以最大化滿足容量需要的用戶數目為準則，來進行功率分配。但是其沒有考慮系統的整體容量以及為每個用戶分配功率的公平性問題。

本發明的目的在于彌補上述研究中的不足之處。本發明通過衛星通信系統中采用的鏈路預算方程來確定用戶的容量，以最小化所有用戶的分配容量和業務申請量之差的平方和為準則，來進行功率優化。本發明選擇的功率分配準則將會給業務申請量大的用戶分配更多的功率資源，實現了功率資源分配的公平性。同時，該準則同樣的也會盡最大努力的實現系統容量的最大化。因此，本發明選擇的功率分配準則在系統容量最大和功率資源分配的公平性之間取折中。此外，由于本發明中采用鏈路預算方程來確定用戶分配到得容量，因此，每個用戶分配到的容量在實際的衛星通信系統中能夠實現。

發明內容

本發明的目的在于提供一種衛星通信系統中的功率分配方法，解決衛星通信系統中的功率分配問題，以提高系統功率資源的利用效率。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種衛星通信系統中的功率分配方法，分配步驟如下：

步驟1：在衛星通信系統的公平性功率分配模型中，初始化對偶變量λ和σ=[σ₁,σ₂,…,σ_K]以及每個對偶變量的迭代步長；將每個σ_i的值設置為0，其中i∈{1,2,…,K}，并且其對應的迭代步長設置為0.001；選取業務申請量最小的用戶U_j，給其分配的功率為P_j=P_total·T_j/T_total，其中T_total為所有用戶業務申請量的總和，P_total為衛星通信系統中星上總功率，T_j為用戶U_j的業務申請量；然后確定出對偶變量λ的初始值λ₀，并且將其迭代步長設置為λ₀/100000；

步驟2：確定經過優化后的每個用戶分配的功率資源

步驟3：根據上一步中得到的分配給每個用戶的功率值，更新對偶變量λ和σ_i的值；

步驟4：判斷下面兩個條件是否同時滿足：和如果同時滿足則結束整個分配過程；否則，返回步驟2。

步驟1中的衛星通信系統的公平性功率分配模型為：

s.t.

步驟1和步驟2根據如下公式確定對偶變量λ的初始值與經過優化后的每個用戶分配到得功率資源