[發明專利]一種多波束衛星帶寬功率表聯合優化分配方法及應用

在審

• 申請號: 202210466458.0
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN115189721A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 瞿連政;王磊;高威;李華初;彭勇軍;樊斌斌;高梅;王風
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H04B7/0408
• 分類號: H04B7/0408;H04B7/185;H04W52/30;G06N3/00;G06N10/60
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 雷霄

1.一種多波束衛星帶寬功率表聯合優化分配方法，其特征在于，包括：

構建多波束衛星通信系統資源分配模型，所述模型的優化目標是最小化各點波束通信容量需求向量與通信容量分配向量的差異，所述模型的約束條件包括最大通信容量分配向量約束條件、系統時延約束條件、可用總帶寬資源約束條件和可用總功率資源約束條件，考慮信道衰減和/或波束間干擾下確定各點波束通信容量分配向量的表達式；

采用基于量子粒子群優化算法對所述模型進行求解，其中，將單個粒子定義為長度為2M的向量，其中M位編碼分別表示M個點波束的帶寬分配向量，剩余M位編碼分別表示M個點波束的功率分配向量，M為衛星配置的點波束數量。

2.如權利要求1所述的多波束衛星帶寬功率表聯合優化分配方法，其特征在于，所述模型的優化目標表示為：

所述模型的約束條件表示為：

滿足

式中，B_total為衛星可用的總帶寬資源；P_total為衛星可用的總功率資源；表示第個點波束；表示點波束的容量需求；表示分配給點波束的帶寬資源；表示分配給點波束的功率資源；表示點波束獲得的通信容量，minimize表示最小化，max表示最大化。

3.如權利要求2所述的多波束衛星帶寬功率表聯合優化分配方法，其特征在于，考慮信道衰減時各點波束通信容量分配向量的表達式為：

式中，為信道衰減系數，N₀表示波束內信道的噪聲功率譜密度。

4.如權利要求2所述的多波束衛星帶寬功率表聯合優化分配方法，其特征在于，慮信道衰減和波束間干擾下時各點波束通信容量分配向量的表達式為：

式中，表示波束ξ的天線旁瓣增益對使用同頻信道的波束的干擾系數，

5.如權利要求1所述的多波束衛星帶寬功率表聯合優化分配方法，其特征在于，采用基于量子粒子群優化算法對所述模型進行求解包括步驟：

步驟1，生成初始粒子種群，將單個粒子定義為長度為2M的向量；

步驟2，將粒子矩陣種群轉換為帶寬分配向量矩陣和功率分配向量矩陣；

步驟3，根據帶寬分配向量矩陣和功率分配向量矩陣計算各點波束通信容量分配向量矩陣，計算通信容量分配向量的適應度；

步驟4，更新粒子個體最優位置和個體最優適應度值；

步驟5，更新粒子平均最優位置、全局最優位置和全局最優值；

步驟6，更新粒子吸引子；

步驟7，更新粒子種群；

步驟8，判斷是否滿足迭代終止條件，若是，輸出最優粒子，并計算對應的最優帶寬分配向量、最優功率分配向量和最優通信容量分配向量，若否，跳轉到步驟2。

6.如權利要求5所述的多波束衛星帶寬功率表聯合優化分配方法，其特征在于，所述步驟2包括：

將粒子種群中粒子個數記為N，將N個粒子的M位帶寬分配向量組成帶寬分配向量矩陣，將N個粒子的剩余M位功率分配向量組成功率分配向量矩陣；

若臨時帶寬分配向量矩陣中向量之和大于可用總帶寬資源，則對臨時帶寬分配向量矩陣中向量進行等比例縮小，根據縮小后的矩陣計算帶寬分配向量矩陣，若臨時功率分配向量矩陣中向量之和大于可用總功率資源，則對臨時功率分配向量矩陣中向量進行等比例縮小，根據縮小后的矩陣計算功率分配向量矩陣。

7.如權利要求5所述的多波束衛星帶寬功率表聯合優化分配方法，其特征在于，步驟3包括：

根據帶寬分配向量矩陣和功率分配向量矩陣計算各點波束通信容量分配向量矩陣；

根據計算的通信容量分配向量和懲罰系數計算適應度，該懲罰系數滿足：若通信容量分配向量不滿足最大通信容量分配向量約束條件或系統時延約束條件，懲罰系數為大于1的數值，否則懲罰系數為1。