[發明專利]一種基于PD-NOMA的多波束LEO衛星系統資源分配方法

有效

• 申請號: 202110522431.4
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113162682B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 陳前斌;宋艾遙;李子煜;朱丹青;唐倫
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04W52/24;H04W72/04;H04W72/08
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種基于PD?NOMA的多波束LEO衛星系統資源分配方法，屬于衛星通信技術領域，在多波束LEO衛星系統下行傳輸場景中，引入PD?NOMA技術，同時考慮波束間與波束內干擾，在衛星發射功率和用戶QoS的約束下，聯合子信道和功率分配來優化多波束LEO系統吞吐量，針對固定?貪婪策略無法適應動態變化的學習過程的問題，采用狀態值函數的差異動態調整動作的探索率，并設置雙重經驗回放池，加速神經網絡的學習過程。本發明提出的衛星資源分配方法可以加速神經網絡的收斂，在不同發射功率和傳輸速率條件下，能有效地提高系統的吞吐量。

技術領域

本發明屬于屬于衛星通信技術領域，涉及一種基于PD-NOMA的多波束LEO衛星系統資源分配方法。

背景技術

衛星系統以其覆蓋范圍廣，不受地面條件約束，已經作為Beyond5G和6G通信的主要技術手段之一，其中LEO衛星由于具有低功耗、低傳輸時延的優勢得到了廣泛的關注，為了服務大量的地面用戶設備，LEO衛星通常會采用星載多波束天線技術來實現通信空間隔離與頻率資源復用。資源分配技術是衛星系統無線資源管理的關鍵技術之一，通過靈活地調度和分配衛星系統中的信道、帶寬和功率等資源，來提高衛星系統性能，實現資源利用率的最大化。

為了實現LEO衛星多用戶信號的傳輸，采用諸如頻分多址、時分多址等各式的多址接入技術，這些技術將多用戶的信號分配在正交的資源塊上，一個時頻資源塊只能分配給一個用戶使用。但是衛星頻譜資源有限，且隨著地面設備數量的增長，傳統多址接入技術無法支持下一代無線通信爆炸式的數據流和大規模連接，為了滿足通信需求的增長，作為5G網絡應對海量用戶的技術之一，NOMA允許多個用戶同時使用相同的時頻資源塊，相較于OMA能夠有效地提高系統頻譜利用率和吞吐量，其中PD-NOMA通過不同的功率大小來區分多用戶信號，實現簡單，應用場景靈活，因其優越的性能，近年來PD-NOMA技術在衛星通信領域的應用引起了廣泛的關注。

PD-NOMA技術在同一個時頻資源塊中疊加多個用戶的數據，利用不同功率水平進行區分，接收端采用SIC技術來消除部分干擾，但是先解碼的用戶可能會受到后解碼用戶的干擾。因此，在衛星系統中使用PD-NOMA技術時會存在用戶間的同信道干擾，為了保證衛星系統通信質量，有必要進行資源分配優化以減少波束間和用戶間干擾。

現有技術存在以下不足：首先，現有研究大多針對GEO衛星，然而GEO衛星與地面終端相對靜止，而LEO衛星網絡軌道高度較低，網絡拓撲實時變化，基于傳統的優化方法需要隨著不同的網絡狀態不斷更新計算，這會增加資源分配計算開銷，降低資源調度的及時性和準確性。其次，若采用傳統啟發式優化方法，當面對高維度的狀態空間和動作空間時，可能會出現維度災難而導致優化方法無法得到全局最優解。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提高衛星系統的頻譜利用率和資源分配的效率，充分利用LEO衛星網絡有限的資源來滿足日益增長的通信需求，提供一種基于PD-NOMA的多波束LEO衛星系統資源分配方法，同時考慮波束間與波束內干擾，在衛星發射功率和用戶QoS的約束下，最大化衛星系統的吞吐量。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于PD-NOMA的多波束LEO衛星系統資源分配方法，包括以下步驟：

S1：首先基于用戶UE_k，m，n與衛星之間的位置信息，根據視距損耗和降雨衰減效應，得到UE_k，m，n與衛星之間的信道增益；

S2：通過波束增益差異因子模擬在同一個衛星波束下增益值隨著方向角向波束邊緣靠近而逐漸降低現象，得到第k個波束在用戶UE_k，m，n方向上的天線增益；

S3：根據用戶UE_k，m，n與波束k之間的等效信道增益，同時考慮波束內與波束間干擾，得到用戶UE_k，m，n在時隙t時的吞吐量；