[發(fā)明專利]一種基于星間合作的大規(guī)模接入方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110346423.9
• 申請(qǐng)日: 2021-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN113194484B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 褚建杭;陳曉明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W16/18
• 分類號(hào): H04W16/18;H04W16/28;H04W84/06;H04B7/185;H04L25/03
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

1.一種基于星間合作的大規(guī)模接入方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)第一衛(wèi)星和第二衛(wèi)星合作服務(wù)多個(gè)用戶，衛(wèi)星用戶根據(jù)其所在區(qū)域歸屬于不同的衛(wèi)星波束覆蓋區(qū)域，第一衛(wèi)星有M個(gè)衛(wèi)星波束，第二衛(wèi)星有L個(gè)衛(wèi)星波束；第一衛(wèi)星和第二衛(wèi)星有A個(gè)波束覆蓋重疊區(qū)域，其中B個(gè)重疊區(qū)域的用戶屬于第一衛(wèi)星，第二衛(wèi)星對(duì)B個(gè)重疊區(qū)域用戶的信號(hào)產(chǎn)生干擾，(A-B)個(gè)重疊區(qū)域的用戶屬于第二衛(wèi)星，第一衛(wèi)星對(duì)(A-B)個(gè)重疊區(qū)域用戶的信號(hào)產(chǎn)生干擾；

2)地面信關(guān)站通過反饋鏈路將用戶信道狀態(tài)信息發(fā)送給第一衛(wèi)星或第二衛(wèi)星，第一衛(wèi)星獲得第m個(gè)衛(wèi)星區(qū)域內(nèi)第n個(gè)衛(wèi)星用戶UE_1，m，n的信道狀態(tài)信息h_1，m，n，第二衛(wèi)星獲得第l個(gè)衛(wèi)星區(qū)域內(nèi)第s個(gè)衛(wèi)星用戶UE_2，l，s的信道狀態(tài)信息h_2，l，s，并且通過星間鏈路將重疊區(qū)域的用戶信道狀態(tài)信息傳遞給相鄰衛(wèi)星；m∈[0，M]，l∈[0，L]；

3)第一衛(wèi)星為衛(wèi)星用戶UE_1，m，n的信號(hào)x_1，m，n分配區(qū)域內(nèi)功率分配因子α_1，m，n，且為第m個(gè)衛(wèi)星區(qū)域設(shè)計(jì)發(fā)射波束w_1，m，第二衛(wèi)星為衛(wèi)星用戶UE_2，l，s的信號(hào)x_2，l，s分配區(qū)域內(nèi)功率分配因子α_2，l，s，且為第l個(gè)衛(wèi)星區(qū)域設(shè)計(jì)發(fā)射波束w_2，l；

4)根據(jù)功率分配因子α_1，m，n，第一衛(wèi)星對(duì)其衛(wèi)星區(qū)域內(nèi)的所有衛(wèi)星用戶的信號(hào)進(jìn)行疊加編碼，再基于發(fā)射波束w_1，m對(duì)疊加編碼后的信號(hào)進(jìn)行波束成形生成廣播信號(hào)x₁；第二衛(wèi)星對(duì)其衛(wèi)星區(qū)域內(nèi)的所有衛(wèi)星用戶的信號(hào)進(jìn)行疊加編碼，再基于發(fā)射波束w_2，l對(duì)疊加編碼后的信號(hào)進(jìn)行波束成形生成廣播信號(hào)x₂；然后每顆衛(wèi)星將各自的廣播信號(hào)通過下行信道廣播給各自的用戶；

5)各衛(wèi)星用戶接收到自己衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)后，對(duì)同一區(qū)域的用戶信號(hào)進(jìn)行串行干擾抵消，然后對(duì)自身信號(hào)進(jìn)行解碼。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于星間合作的大規(guī)模接入方法，其特征在于，所述步驟3)中的波束設(shè)計(jì)方法為：

a)初始化發(fā)射波束其中和均為上一輪迭代中的可行點(diǎn)，P_1，max為第一衛(wèi)星的最大發(fā)射功率，P_2，max為第二衛(wèi)星的最大發(fā)射功率；第一衛(wèi)星區(qū)域內(nèi)功率分配因子N_m代表第m個(gè)衛(wèi)星區(qū)域內(nèi)的總用戶數(shù)，i代表第一衛(wèi)星第m個(gè)波束內(nèi)的第i個(gè)用戶；第二衛(wèi)星區(qū)域內(nèi)功率分配因子S_l代表第l個(gè)衛(wèi)星區(qū)域內(nèi)的總用戶數(shù)，i代表第二衛(wèi)星第l個(gè)波束的第i個(gè)用戶；

b)由于衛(wèi)星信道的快速變化，每顆衛(wèi)星獲取的信道狀態(tài)信息與實(shí)際信道存在相位偏差；第一衛(wèi)星的實(shí)際用戶信道狀態(tài)信息為第二衛(wèi)星實(shí)際用戶信道狀態(tài)信息為第一衛(wèi)星對(duì)于重疊區(qū)域第二衛(wèi)星用戶的干擾信道第二衛(wèi)星對(duì)于重疊區(qū)域第一衛(wèi)星用戶的干擾信道為式中所有上標(biāo)j均代表虛數(shù)；

對(duì)于第一衛(wèi)星的用戶有：

A_1，m，n＝real(Z_1，m，n)，B_1，m，n＝imag(Z_1，m，n)，E_1，m，n＝f1(A_1，m，n)，e_1，m，n＝f2(B_1，m，n)，A_2，m，n＝real(Z_2，m，n)，B_2，m，n＝imag(Z_2，m，n)，E_2，m，n＝f1(A_2，m，n)，e_2，m，n＝f2(B_2，m，n)，

對(duì)于第二衛(wèi)星的用戶有：

A_2，l，s＝real(Z_2，l，s)，B_2，l，s＝imag(Z_2，l，s)，E_2，l，s＝f1(A_2，l，s)，e_2，l，s＝f2(B_2，l，s)，A_1，l，s＝real(Z_1，l，s)，B_1，l，s＝imag(Z_1，l，s)，E_1，l，s＝f1(A_1，l，s)，e_1，l，s＝f2(B_1，l，s)，

對(duì)于某一衛(wèi)星用戶，式中下標(biāo)j代表該衛(wèi)星的第j個(gè)波束覆蓋區(qū)域，i代表該衛(wèi)星某個(gè)波束覆蓋區(qū)域內(nèi)的第i個(gè)用戶；

其中，下標(biāo)[1，m，n]代表第一衛(wèi)星用戶參數(shù)，即代表第一衛(wèi)星的第m個(gè)衛(wèi)星波束區(qū)域內(nèi)的第n個(gè)用戶；下標(biāo)[2，l，s]代表第二衛(wèi)星用戶參數(shù)，即代表第二衛(wèi)星的第l個(gè)衛(wèi)星波束區(qū)域內(nèi)的第s個(gè)衛(wèi)星用戶；下標(biāo)[2，m，n]代表第二衛(wèi)星對(duì)重疊區(qū)域第一衛(wèi)星用戶獲取的參數(shù)；下標(biāo)[1，l，s]代表第一衛(wèi)星對(duì)重疊區(qū)域第二衛(wèi)星用戶獲取的參數(shù)；f_1，m，n，f_2，m，n，f_1，l，s和f_2，l，s均為中間參數(shù)；和分別代表第一衛(wèi)星用戶和第二衛(wèi)星用戶的噪聲方差；和分別是第一衛(wèi)星用戶衛(wèi)星信道的不完美信道狀態(tài)信息和第一衛(wèi)星對(duì)重疊區(qū)域第二衛(wèi)星用戶的干擾信道不完美信道狀態(tài)信息；和分別是第二衛(wèi)星用戶衛(wèi)星信道的不完美信道狀態(tài)信息和第二衛(wèi)星對(duì)重疊區(qū)域第一衛(wèi)星用戶的干擾信道不完美信道狀態(tài)信息；θ_1，m，n和θ_1，l，s分別是第一衛(wèi)星用戶衛(wèi)星信道和第一衛(wèi)星對(duì)重疊區(qū)域第二衛(wèi)星用戶干擾信道的相位誤差；θ_2，l，s和θ_2，m，n分別是第二衛(wèi)星用戶衛(wèi)星信道和第二衛(wèi)星對(duì)重疊區(qū)域第一衛(wèi)星用戶干擾信道的相位誤差；和分別是第一衛(wèi)星用戶衛(wèi)星信道和第一衛(wèi)星對(duì)重疊區(qū)域第二衛(wèi)星用戶干擾信道的相位誤差的協(xié)方差矩陣；和分別是第一衛(wèi)星用戶衛(wèi)星信道和第一衛(wèi)星對(duì)重疊區(qū)域第二衛(wèi)星用戶干擾信道的相位誤差的協(xié)方差矩陣；W_1，m＝w_1，mw_1，m^H是第一衛(wèi)星波束矩陣，W_2，l＝w_2，lw_2，l^H是第二衛(wèi)星波束矩陣，P_1，k和P_2，k分別是第一衛(wèi)星和第二衛(wèi)星的天線功率限制，第一衛(wèi)星有K1根天線，第二衛(wèi)星有K2根天線，Z_[i，j]代表矩陣Z的第i行第j列元素，T≥0代表矩陣T是半正定矩陣；η_1，m，n和η_2，l，s分別是第一衛(wèi)星用戶和第二衛(wèi)星用戶解碼時(shí)利用連續(xù)干擾消除技術(shù)造成的不完美解碼產(chǎn)生的殘余干擾系數(shù)，γ_1，m，n和γ_2，l，s分別是第一衛(wèi)星用戶和第二衛(wèi)星用戶的最小信干噪比要求，P_1，m，n和p_2，l，s分別是第一衛(wèi)星用戶和第二衛(wèi)星用戶無法滿足通信信干噪比要求的中斷概率，a_1，m，n，b_1，m，n和a_2，l，s，b_2，l，s是輔助參數(shù)，E_1，m，n、Z_1，m，n、T_1，m，n、A_1，m，n、B_1，m，n、e_1，m，n、e_1，l，s和E_2，m，n、Z_2，l，s、T_2，l，s、A_2，l，s、B_2，l，s、e_2，m，n、e_2，l，s均為中間變量；tr(Z)是指矩陣Z的跡，變量右上角的H代表厄密特轉(zhuǎn)置，變量右上角的2代表平方；f₁(A)和f₂(B)是兩種線性變換，其中K代表矩陣的列數(shù)；δ(m，n)和δ(l，s)取值為0或1，其中，1代表第一衛(wèi)星第m個(gè)波束內(nèi)第n個(gè)用戶受到第二衛(wèi)星的干擾或第二衛(wèi)星第l個(gè)波束內(nèi)第s個(gè)用戶受到第一衛(wèi)星的干擾，0則代表沒有；I_K1和I_K2是單位矩陣，下標(biāo)K表示維度；

利用迭代法求解每次發(fā)射功率的最小值，最小值為每輪迭代得到相應(yīng)的W_1，m和W_2，l，直到W_1，m和W_2，l的秩逼近1時(shí)，利用奇異值分解法，得到最終的波束w_1，m和w_2，l，每次迭代過程中都采用內(nèi)點(diǎn)法或直接調(diào)用CVX工具包求解。