[發明專利]基于和速率最大化的衛星通信用戶分組方法

有效

• 申請號: 202011496942.5
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112751594B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 姚艷軍;張正宇;胡樹楷;王欣茜;吳守天;陳國良;陳俊杰;曹山;周子豪;李家干
• 申請（專利權）人: 天地信息網絡研究院（安徽）有限公司
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/0456;H04B7/185
• 代理公司: 合肥律眾知識產權代理有限公司 34147
• 代理人: 趙娟

本發明公開了一種基于和速率最大化的衛星通信用戶分組方法，即可變組數的自適應用戶分組和速率最大化算法(Adaptive user grouping for sum?rate maximization，簡稱AUG?SM)，通過該算法能夠基于最大化系統和速率的調度準則調度所有用戶、服務所有用戶，通過增加用戶分組數量，在保證公平性同時，最大化系統和速率，即通過犧牲時隙資源獲得系統平均和速率的提高，給衛星通信用戶分組提供了另一種思路。

技術領域

本發明涉及衛星通信技術領域，具體是一種基于和速率最大化的衛星通信用戶分組方法。

背景技術

衛星通信在通信領域發揮越來越重要的作用。從衛星通信運營商角度來說，目標是盡可能為更多用戶提供服務；從用戶來說，則是希望獲得更大的吞吐量。由于能夠為用戶提供更大的帶寬，不同波束之間的全頻復用(Full Frequency Reuse，FFR)是未來發展的方向，但會不可避免地帶來波束間的干擾。預編碼是一種能夠有效減輕波束間干擾的技術，其中迫零(Zero Forcing，ZF)預編碼是一種常見的預編碼方式，其復雜性較低且能夠完全消除波束間干擾。

假設地面K_tot個用戶均勻分布在N個波束內，一個波束覆蓋多個用戶。當地面用戶眾多時，衛星難免存在不能同時為所有用戶提供服務的情況，為此需要進行用戶分組，按序為所有用戶提供服務。假設服務所有用戶，需要T個時隙，對于第t(t＝1,2,…,T)個時隙，從K_tot個用戶中選擇L_t(L_t≤N)個用戶，為了保證所選的L_t個用戶能夠通過空分多址同時服務到，在一個時隙內，每個波束內最多選擇一個用戶。在不同時隙中，采用時分多址技術為不同分組的用戶提供服務，同時采用時分多址為同一組用戶提供服務。

國家知識產權局于2019年3月29日公開的發明專利申請CN109547075A提出了兩種多波束衛星通信系統的用戶分組方案，但是兩個方案分別存在以下問題：1、方案1考慮最大化原則，以實現小組最大化和速率，但是會導致部分用戶得不到服務；2、方案2考慮公平性原則，實現了用戶全選，但是會導致系統和速率的下降。

發明內容

針對現有衛星通信分組算法存在的技術缺陷，本發明提供一種基于和速率最大化的衛星通信用戶分組方法，在考慮系統和速率的同時，保證衛星同時服務到地面所有用戶。

本發明保護一種基于和速率最大化的衛星通信用戶分組方法，包括以下步驟：

步驟1，初始化系統參數，系統參數包括用戶集合、用戶組數、用戶組數上限；

步驟2，依次給每一用戶組選擇用戶集合中具有最大信道增益的用戶，即時將被選擇的用戶從用戶集合中刪除，直至每一用戶組都具有第一個用戶，計算各組和速率；

步驟3，選擇用戶集合中具有最大信道增益的用戶，依次擬加入各用戶組，找出加入該用戶后和速率增加最大的用戶組，并判斷增加的和速率是否大于等于0；

若增加的和速率≥0，則將該用戶加入該用戶組；

若增加的和速率＜0，再判斷用戶組數是否達到上限；

若用戶組數未達到上限，則為該用戶創建一個新用戶組；

若用戶組數達到上限，則將該用戶加入和速率增加最大的用戶組；

步驟4，重復步驟3，直至所有用戶分組完成。

進一步的，對于分在同一用戶組的所有用戶，根據信道條件對衛星給每一用戶分配的功率進行注水，使得用戶m_l獲得最優功率p_l＝(μλ_l-1)⁺，其中λ_l表示用戶m_l的有效信道增益，μ表示注水水位；注水水位μ通過求解。