[發明專利]基于最大化吞吐量的多波束GEO系統接入控制方法

有效

• 申請號: 201710290952.5
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107124726B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 崔高峰;李鵬緒;于佳偉;馬吟龍;李秀華;王衛東
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W16/28
• 分類號: H04W16/28;H04W24/02;H04W74/00;H04W84/06
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文利

技術領域

本發明涉及衛星通信無線資源管理技術領域，具體是一種基于最大化吞吐量的多波束GEO系統接入控制方法。

背景技術

雖然科技發展日新月異，地面移動通信系統也日趨完善；但是，受到地理條件的限制以及全球經濟發展不均衡等條件的制約，地面移動通信系統在實現全球覆蓋的問題上有些力不從心；例如，我國地形復雜，山區、丘陵地帶較多，難以完成這些地區地面通信系統的網絡建設工作；占據地球面積大半的海洋也是地面移動通信覆蓋的難點；近年自然災害頻發，地面移動通信系統的網絡設備極易受到自然災害的影響而癱瘓，影響后續的抗災救援活動；軍事領域對于通信的精度要求也越來越高，信息化戰爭中對于通信的安全性也越來越重視，地面移動通信系統設備由于極易被敵方破壞而無法滿足軍方的需求；尤其是航空航天事業的發展，地面通信網更是無法將其覆蓋范圍延伸至深空。此時，衛星移動通信系統得到了各國科學家的重視，成為了移動通信領域的研究熱點。

衛星通信系統，是指利用分布于不同軌道的人造地球衛星代替地面基站作為中繼站，通過對無線電波進行轉發、放大或者星上處理等方式進而實現在兩個或多個地球站之間進行通信的一門新興的無線通信系統，其采用的無線電波頻率為微波頻段，即頻率為300MHz-300Ghz，波長約為1mm-1m。

近年來，衛星通信系統越來越多地與現代移動通信技術以及航空航天技術相結合，但也暴露出一些問題：對于采用了多波束技術的GEO衛星通信系統，在GEO系統中，GEO衛星具有更大的覆蓋范圍，此外，為了提高頻譜效率，衛星系統越來越多地采用了衛星多波束技術。但是由于軌道高度，帶來了高時延；除此之外，隨著用戶的接入，同頻干擾噪聲的增加會影響信干噪比的大小，進一步影響系統的傳輸時延。所以，需要根據用戶的業務類型，不同波束的負載情況以及信道質量等制定合理的接入控制策略以保證用戶的時延要求。與此同時，GEO衛星造價高昂，帶寬、功率等星上資源匱乏，如何合理地利用星上資源也是接入控制策略需要考慮的因素之一。

GEO衛星系統為全球提供同步服務，它可以擴大地面通信面積，為全球用戶提供接入服務，是通信系統中的重要組成部分。然而，由于星上處理能力和帶寬、功率等星上資源的有限性，在某些場景中，衛星系統很有可能不能滿足大量用戶的接入需求，這可能會使呼叫阻塞率(Call Blocking Probability，CBP)升高，從而不能保證用戶的QoS(Quality of Service，服務質量)。其次，GEO衛星與用戶之間距離很長，通信時產生的路徑損耗和傳輸時延也不能被忽略。

綜上所述，如何減輕路徑損耗和傳輸時延的影響，最大化衛星系統吞吐量和資源利用率以保證用戶的服務質量，成為接入策略設計中的主要問題。

發明內容

本發明在保證用戶接入要求的前提下最大化系統資源利用率，為用戶提供更高的服務質量；提出了一種基于最大化吞吐量的多波束GEO系統接入控制策略。

具體步驟如下：

步驟一、針對M個新用戶的呼叫請求隊列，GEO衛星系統在當前的固定頻率復用因子下，依次接收呼叫請求，根據當前用戶需要的信道數尋找滿足C_io≤C_ia的波束；

C_ia為波束的可用信道數；C_io為當前新用戶的呼叫請求發起時需要的信道數；

當前用戶的呼叫請求初始值為1；GEO衛星系統中滿足C_io≤C_ia的波束總數為N個；

步驟二、針對滿足條件的N個波束，分別計算每個波束接收當前用戶的信噪比SINR；

針對第i個波束接收當前用戶的呼叫請求時的信噪比SINR_i計算如下：

S_i是當前用戶接入第i個波束時的信號功率；I_i是第i個波束中干擾信號的功率，N_i表示第i個波束的噪聲功率。

步驟三、利用N個信噪比SINR，計算當前用戶分別接入每個波束時的傳輸時延，并選擇傳輸時延小于系統時延閾值τ的波束，進入步驟四，否則，拒絕新用戶的接入；

該用戶接入第i個波束的傳輸時延D_i：

B_i表示第i個波束的帶寬，C表示用戶要傳送的數據量；

步驟四、將當前用戶依次接入滿足條件的N'個波束，分別計算在每個波束下GEO衛星系統的總吞吐量；