[發明專利]一種基于優先級的中軌衛星系統可移動點波束調度方法

有效

• 申請號: 201611163092.0
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106850036B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 王厚天;陳東;陶瀅;高梓賀;文國莉;盧興培
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04B17/391
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

1.一種基于優先級的中軌衛星系統可移動點波束調度方法，其特征在于步驟如下：

1)設移動衛星通信系統中有S顆衛星，每顆衛星包含Q個可移動點波束；

2)設置三個集合：衛星集S_set、可移動點波束集B_set和用戶集U_set；將可移動點波束集合B_set劃分為S個子集(B_set)₁，(B_set)₂，…，(B_set)_S；

3)輪詢衛星集S_set中的每個衛星節點，從用戶集U_set中找出與第i顆衛星處于物理可見的用戶集(V_i)_set；

4)對于衛星集S_set中的第i個衛星節點，輪詢該衛星節點的Q個可移動點波束；對可移動點波束j，對用戶集(V_i)_set中的每個用戶進行遍歷，計算(V_i)_set中與該用戶處于同一波束覆蓋范圍內的用戶數Cover_ijk，其中角標i表示第i個衛星節點，角標j代表第j個可移動點波束，角標k表示第k個用戶；

5)計算則第i顆衛星的第j個可移動點波束的中心指向Cover_ijk最大值所對應的用戶C_ijk，最終生成用戶集(C_ijk)_set；

6)令(V_i)_set＝(V_i)_set-(C_ijk)_set，對第i顆衛星的第j+1號可移動點波束，重復執行步驟4)-步驟5)，直至Q個可移動點波束遍歷完成，記最終被衛星i服務的用戶集合為(SU_i)_set；

7)對第i+1顆衛星，更新(V_i+1)_set，即(V_i+1)_set＝(V_i)_set-(SU_i)_set，重復執行步驟3)-步驟6)，直至遍歷完所有用戶或所有衛星，完成用戶與用戶之間的通信。

2.根據權利要求1所述的一種基于優先級的中軌衛星系統可移動點波束調度方法，其特征在于：步驟4)中判斷用戶是否在同一波束覆蓋范圍內的準則為：

建立通過點波束調度為用戶提供通信服務的數學模型：

obj max(Nc)

s.t.α≥Elevation_th

β≤Swing_th

θ≤Hpbw_th

其中，表示在可移動點波束指向調度完成后可以被覆蓋的用戶數量；bc_ij表示第i顆衛星的第j號可移動點波束覆蓋的用戶數量，其中1≤i≤S，1≤j≤Q；α為衛星-用戶連線與地平線的夾角，Elevation_th為用戶終端的最低通信仰角；β為用戶-衛星連線與衛星-地心連線的夾角，Swing_th為衛星可移動點波束擺動的最大范圍；θ為用戶-衛星連線與衛星-波束中心連線的夾角，即相對于天線功率方向圖最大方向的角度，Hpbw_th為衛星可移動點波束天線的半功率角；E_b/N₀為用戶通過鏈路預算所獲得的下行鏈路信噪比；D_t為用戶的解調門限；F_m為考慮降雨影響的衰減余量因子；

對于高優先級用戶，通過鏈路預算所獲得的下行鏈路信噪比大于或等于用戶的解調門限與衰減余量因子之和，則認為用戶在同一波束覆蓋范圍內；

對于低優先級用戶，通過鏈路預算所獲得的下行鏈路信噪比大于或等于用戶的解調門限，且小于或等于用戶的解調門限與衰減余量因子之和，則認為用戶在同一波束覆蓋范圍內。

3.根據權利要求2所述的一種基于優先級的中軌衛星系統可移動點波束調度方法，其特征在于：所述用戶通過鏈路預算所獲得的下行鏈路信噪比E_b/N₀的具體方法為：

E_b/N₀＝[C/N]_d-10lgR_b+10lg(B)；

其中，R_b為下行鏈路信息傳輸速率；B為接收機帶寬；[C/N]_d為衛星下行鏈路的載噪比；

[C/N]_d＝[EIRP]_s-L_d-ΔL_d+[G/T]_e-10lg(kB)；

其中，[EIRP]_s為衛星可移動點波束等效全向輻射功率；L_d為下行鏈路自由空間傳播損耗；ΔL_d為下行鏈路附加損耗，包括大氣吸收、指向誤差和極化誤差；[G/T]_e為地面終端品質因數；k為玻爾茲曼常數；其中，[EIRP]_s和L_d的計算方法如下：

[EIRP]_s＝P_s-L_t+G_t；

其中，P_s為衛星可移動點波束額定輸出功率；L_t為發射系統饋線損耗；G_t為可移動點波束發射天線增益；即衛星到地面終端的距離；λ為下行鏈路工作波長；根據電磁場理論，G_t的計算方法如下：

其中，G₀為天線功率方向圖最大方向的發射增益；P(θ)為均勻圓孔徑場分布的歸一化功率方向函數，J₁(x)為一階Bessel函數；D為天線的口徑。