[發(fā)明專利]一種大規(guī)模LEO衛(wèi)星部署下的星地傳輸方法

有效

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• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111865398B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設計）人: 曹斌;孫偉;楊惠斌
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學（深圳）
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04W28/22;H04W72/04
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產(chǎn)權(quán)事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 胡吉科

本發(fā)明提供了一種大規(guī)模LEO衛(wèi)星部署下的星地傳輸方法，包括不定數(shù)目的信道匹配步驟和基于拉格朗日對偶的功率優(yōu)化步驟，所述不定數(shù)目的信道匹配步驟：地面節(jié)點與衛(wèi)星連接后，針對復用同一頻帶段的衛(wèi)星中的信道資源進行分配；所述基于拉格朗日對偶的功率優(yōu)化步驟：使用拉格朗日對偶的方法，通過分配確定不同地面節(jié)點的上行傳輸功率實現(xiàn)的上行傳輸速率的最大化。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明主要應用在低軌道LEO衛(wèi)星大規(guī)模部署場景下的星地傳輸資源的分配中，通過應用本發(fā)明提出的資源分配方法，對整個系統(tǒng)中的信道和功率資源進行分配，從而大幅提高星地網(wǎng)絡的上行傳輸性能，實現(xiàn)高效傳輸。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及通信技術(shù)領域，尤其涉及一種大規(guī)模LEO衛(wèi)星部署下的星地傳輸方法。

背景技術(shù)

近年來學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界對開始將目光投向空天地一體化信息網(wǎng)絡 (Space-Sky-Terrestrial Integrated Information Network，SSTIIN) 的研究，SSTIIN的一個重點就是通過使用大量的LEO衛(wèi)星進行大規(guī)模組網(wǎng)來實現(xiàn)全球組網(wǎng)和實時接入。因此在大規(guī)模LEO部署下，一個高效的星地傳輸方法對于發(fā)揮LEO衛(wèi)星的作用至關重要。

在關于LEO衛(wèi)星大規(guī)模部署下的相關問題的研究上，Sheng等人研究了空間信息網(wǎng)絡中包含傳輸資源在內(nèi)的多維資源的轉(zhuǎn)化和調(diào)度。在此基礎上，He等人研究了空間網(wǎng)絡中傳輸和計算資源的聯(lián)合分配并提出了一種組合分配方案。Jia等人提出了一種使用LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡中的星間鏈路進行協(xié)作數(shù)據(jù)下行的方案，通過使用星間鏈路來最大化下行傳輸吞吐量。Huang 等人研究了如果以一種高效節(jié)能的方式通過LEO衛(wèi)星從地面物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關中手機數(shù)據(jù)，并提出了一種在線優(yōu)化方案。Di等人提出了一種星地網(wǎng)絡架構(gòu)來集成低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡和地面網(wǎng)絡，并基于此提出了一種靈活的交換匹配算法來實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)卸載。

在關于傳輸資源分配相關問題的研究上，Soleimani等人研究了如何通過管理同信道干擾來克服性能損失，建立了優(yōu)化問題并利用D.C.規(guī)劃來進行優(yōu)化問題的解決。通過類似的方法，Khamidehi等人提出并解決了在異構(gòu)上行正交頻分多址(OrthogonalFrequency Division Multiple Access,OFDMA)網(wǎng)絡中的子信道和功率分配問題。Zhang等人研究了多小區(qū)多關聯(lián)OFDMA網(wǎng)絡下行傳輸中的用戶關聯(lián)，信道分配和功率分配的問題，提出了一種基于圖論和拉格朗日對偶理論的優(yōu)化方案。匹配理論在資源分配中的應用變的越來越重要，Bayat等人介紹了匹配理論在無線通信中的應用并提出了一些常用的匹配算法，并通過利用匹配算法解決用戶關聯(lián)和信道關聯(lián)問題，從而實現(xiàn)上行OFDMA網(wǎng)絡中用戶總效用最大化。Zhang等人提出了一種分布式匹配算法，該算法考慮了認知無線電網(wǎng)絡中主要用戶和次要用戶的特征，通過進行多對一匹配，從而選擇最佳的信道利用以最大化系統(tǒng)總效用。

背景技術(shù)的缺陷：現(xiàn)有的背景技術(shù)中對于LEO大規(guī)模部署下的傳輸資源分配問題的研究還比較少，大多數(shù)傳輸資源分配問題的研究只是單純的研究地面網(wǎng)絡的相關問題，但由于LEO大規(guī)模部署場景的特殊性和衛(wèi)星間的同頻干擾等客觀條件的存在，造成地面網(wǎng)絡的模型和方法不可能直接復制到LEO衛(wèi)星中去，因此需要針對這種情況進行專門研究。同時在現(xiàn)有的關于LEO衛(wèi)星資源分配的研究中，主要關注于多維資源的聯(lián)合調(diào)度和轉(zhuǎn)化，專門針對LEO衛(wèi)星傳輸資源分配問題進行細致的研究的還不多，并且分配方法還存在著高復雜度和低可用性等問題。因此研究開發(fā)一種LEO大規(guī)模部署下的高效傳輸方法顯得尤為迫切。

發(fā)明內(nèi)容

空天地一體化信息網(wǎng)絡憑借其全球覆蓋和實時接入的特點稱為通信技術(shù)下一步的主要發(fā)展方向。為了充分發(fā)揮空天地一體化信息網(wǎng)絡的優(yōu)勢，通過低軌道(Low EarthOrbit,LEO)衛(wèi)星實現(xiàn)星地間的高效傳輸至關重要。本發(fā)明主要應用在低軌道LEO衛(wèi)星大規(guī)模部署場景下的星地傳輸資源的分配中，通過應用本發(fā)明提出的資源分配方法，對整個系統(tǒng)中的信道和功率資源進行分配，從而大幅提高星地網(wǎng)絡的上行傳輸性能，實現(xiàn)高效傳輸。

本發(fā)明提供了一種大規(guī)模LEO衛(wèi)星部署下的星地傳輸方法，包括不定數(shù)目的信道匹配步驟和基于拉格朗日對偶的功率優(yōu)化步驟，