[發明專利]基于業務優先級的高通量衛星波束自適應調度方法

有效

• 申請號: 202110169404.3
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN112994778B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 韓帥;李季蹊;孟維曉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04W72/04;H04W72/12
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 孫莉莉

本發明公開了一種基于業務優先級與速率自適應的高通量衛星波束按需調度方法，包括：測量低軌高通量衛星系統下行場景中的各波束小區業務流量和信道容量；根據上述獲得的數據建立最大化的自適應速率調節因子與最大化的系統吞吐量的嵌套式最優化問題，以平均逗留時間與波束個數為約束動態地分配各小區的自適應速率調節因子與波束服務時間；根據波束服務時間，優先分配高優先級業務，其次基于最長隊列原則分配無同頻干擾的波束小區，最后當有空余波束時，根據最小的同頻干擾代價函數選擇有同頻干擾的小區提供服務。該方法解決了低軌高通量衛星系統下行場景中預定全覆蓋模式的資源浪費問題，可用少量波束以時分復用的方式覆蓋多個小區。

技術領域

本發明涉及衛星通信技術領域，特別涉及一種基于業務優先級與速率自適應的高通量衛星波束按需調度方法。

背景技術

近年來，傳統通信衛星已經無法滿足日益增長的地面寬帶高速數據業務流量與全天候無縫接入的需求，正是這種對高速率衛星通信的需求，推動了高通量衛星的發展。與傳統通信衛星較大的單一波束覆蓋不同，高通量衛星利用混合預編碼技術，簡單高效地產生多個小覆蓋范圍、高增益的點波束，極大的增強了星地點對點通信鏈路的信道容量與服務質量。此外，高通量多波束衛星還在點波束間引入了頻率復用與極化復用技術，通過對相鄰波束小區提供不同頻率與極化的業務波束，從而減輕了波束間的同頻干擾，在完成波束全覆蓋的同時，提高了接收信干噪比與服務質量。目前，高通量多波束衛星已經在高軌衛星上得到了一定的應用，在衛星與5G融合的趨勢下，高通量衛星將進一步與低軌衛星結合，為用戶提供全天候無縫超寬帶通信服務。

然而，在低軌衛星場景下，高通量衛星現有的預定全覆蓋模式存在一系列的問題：

問題1：地面業務流量分布拖尾大，變化快，導致系統能量效率降低。

在傳統的高軌高通量衛星場景中，星下各波束小區覆蓋范圍大，變化小，各波束小區的業務流量可以近似視作泊松分布，而在低軌衛星場景下，波束小區覆蓋面積小，業務流量波動更加劇烈，業務流量分布拖尾更加嚴重。此外，低軌衛星過頂速度較快，約為7.9km/s，有效服務時間不超過10分鐘，低軌高通量衛星需要快速地服務多個業務流量需求不同的小區。若應用傳統的預定全覆蓋模式均勻分配波束，則會導致部分低流量小區中的波束能量浪費或是部分高流量小區得不到充分的服務。

問題2：預定全覆蓋使用頻率復用技術會降低系統的頻譜效率。

在傳統預定全覆蓋模式中，利用頻率復用技術減輕波束間的同頻干擾，但是頻率復用相當于將衛星全部帶寬劃分成若干個子頻段進行重用，一般使用“若干色復用”來表示系統中劃分了多少個頻段，如“三色復用”、“四色復用”，復用的“色數”越大，相同頻率的小區間隔越遠，同頻干擾越小。但是，一旦進行頻率復用就意味著必須對波束的帶寬加以限制，復用的“色數”越大，分配給該波束的帶寬就越小，從而會降低系統的頻譜效率與吞吐量。

問題3：地面業務種類不同，存在服務順序以及優先級問題。

5G通信中存在著多種業務類型，以直播業務與寬帶數據傳輸業務為例，直播業務的關鍵是不間斷，而數據傳輸則可以通過邊緣緩存容忍一定的中斷。傳統預定全覆蓋模式，無法根據業務優先級與當前的信道狀態動態的分配服務時間，可能會導致直播業務得不到優先服務而中斷或者數據傳輸業務速率嚴重不足。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的目的在于提出一種基于業務優先級與速率自適應的高通量衛星波束按需調度方法，該方法在最大化系統吞吐量的前提下，分別實時分配服務優先級與自適應調節傳輸速率，結合最小化波束間干擾的約束，確定波束分配結果。