[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

本申請公開了一種多波束衛星帶寬功率表聯合優化分配方法及應用。該方法包括：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，考慮波束間干擾、信道衰減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，還可以通過在粒子適應度函數計算中引入懲罰策略，確保算法的優化解能夠滿足問題模型的約束條件。本發明在公平性指數、總系統容量方面顯著優于現有技術。

技術領域

本申請涉及衛星通信技術領域，更具體地，涉及一種多波束衛星帶寬功率 表聯合優化分配方法及應用。

背景技術

多波束衛星帶寬功率表聯合優化分配是指將衛星的總帶寬資源和總功率資 源分配給多個點波束。現有的多波束衛星帶寬功率表聯合優化分配主要有：(1) 固定分配算法：帶寬采用平均分配或按需求占比分配，功率采用平均分配或按 需求占比分配；(2)典型凸優化算法：考慮干擾和時延的功率帶寬聯合分配算 法(OPBID,Optimal Power andBandwidth Co-allocation with Interference and Delay Constraint)，采用拉格朗日對偶和次梯度法進行求解；(3)遺傳算法(GA, Genetic Algorithm)：主要對功率進行優化分配算法，采用實數編碼和功率分量 最大最小值限制，在本文中使用時帶寬可采用按需求比例分配或平均分配策略。 這些算法均有改進空間。

發明內容

針對現有技術的至少一個缺陷或改進需求，本發明提供了一種多波束衛星 帶寬功率表聯合優化分配方法及應用，在公平性指數、總系統容量方面顯著優 于現有技術。

為實現上述目的，按照本發明的第一個方面，提供了一種多波束衛星帶寬 功率表聯合優化分配方法，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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，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，