[發明專利]針對衛星回程受限的空中平臺能效最優功率分配方法

有效

• 申請號: 201410778777.0
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN104581957B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 王瑩;孫瑞錦;許怡春;陳勇策
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04L27/26
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

本發明涉及一種針對衛星回程受限的空中平臺能效最優功率分配方法，包括：獲取功率分配所需的系統參數；建立考慮總功率約束、峰值功率限制、用戶QoS需求及衛星回程鏈路容量限制的能效最優模型；引入非負參數λ將目標函數轉化為等價的含參目標函數；不考慮總功率及回程鏈路容量的限制，由注水準則得到給定參數λ下的功率分配和目標函數值；更新參數λ；重復前兩步直到目標函數值小于給定閾值；由總功率限制和回程鏈路容量限制得到參數λ的下界λ_min；確定最優參數λ^*；根據λ^*得到用戶的最優功率分配。本發明提出的能效最優功率分配方法考慮了總功率約束、峰值功率限制、用戶QoS需求以及回程鏈路容量限制，算法復雜度低，可實現性強。

技術領域

本發明涉及空天地聯合通信技術領域，具體涉及一種針對衛星回程受限的空中平臺能效最優功率分配方法。

背景技術

當大規模災難或是意料之外的緊急狀況發生，受災的群眾需要請求援助或者外界聯絡親人以了解是否平安，因此地面通信網絡可能會過載甚至癱瘓。但同時通信系統在公共安全中扮演著非常重要的角色。因此，有效的公共保護和救災(PPDR)系統對于滿足受害者和現場急救員來說是非常重要的，不同于傳統的蜂窩網絡通信，PPDR系統對潛在的無線技術有特定需求。該系統應當能夠快速安裝，大容量覆蓋，并且兼具靈活性和穩定性。

就這一點而言，ABSOLUTE計劃旨在建立一個聯合的空天地框架來保證自然災害發生后的可靠通信，該計劃的目標是建立一個高容量，低時延，覆蓋廣泛的通信系統。該聯合框架的重要元素就是空間站，它是有建立在熱氣球或者航空器上的低空平臺(LAP)，高度大約在100-1000米，其配置低復雜度的LTE eNB，稱為AeNB，減小了LTE基站毀壞帶來的影響。與衛星相比，LAP更低的海拔高度使其可以更簡單地與用戶設備視距，這是LAP在公共安全網絡中的優勢。

由于低時延的空中鏈路，聯合的空天地系統可以提供用戶設備高容量覆蓋，這有利于緊急通信，而衛星器件又可以為偏遠網絡提供可靠回程鏈路。但另一方面，因為負載的限制，LAP不能攜帶足夠的電池，所以AeNB面臨著總的功率損耗限制。

發明內容

為解決大規模災難或者緊急事件會造成地面網絡負載過度甚至癱瘓的問題，本發明提出了一種針對衛星回程受限的空中平臺能效最優功率分配方法，所述方法考慮了總功率約束，峰值功率限制，每個用戶的QoS需求以及衛星回程鏈路容量限制。

一種針對衛星回程受限的空中平臺能效最優功率分配方法，包括以下步驟：

(1)獲取能效最優功率分配所需的系統參數。

所獲取的系統參數中，子載波帶寬W、靜態電路功率P_c、總功率約束P_Tot和峰值功率限制p_peak由空中基站控制；每個用戶載噪比g_k和最小QoS需求r_k,min由用戶反饋給空中基站；衛星回程鏈路容量C_backhaul由空中基站負載和衛星鏈路決定。

(2)建立能效最大功率分配模型，用單位能量損耗的吞吐量來表示能效：

其中：K為總的用戶數；p_k為空中基站對每個用戶發送的功率；ζ是功率放大器漏極效率的倒數；為所有用戶的吞吐量；為空中基站的總功率消耗。能效最大功率分配優化問題寫成：

s.t.Wlog₂(1+g_kp_k)≥r_k,min,k＝1,2,...,K,