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专利号: 2020105005346
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种自动感知中国用户对卫星星座的体验质量的方法,其特征在于,包括以下步骤:利用STK对中国陆地面积划分成若干个区域,并利用STK获取区域覆盖性能参数V(i);

判断卫星是否覆盖目标区域,若是,则获取各区域物联网设备密度;

计算通信阻塞率B(i)及通信质量Q(i);

计算各区域需求容量C(i);

计算各区域通信费用及收益性能W(i);

运用加权整体评估公式,自动生成中国各个网格区域内的体验质量性能指标;将QoE因子作为优化目标指标,建立了体验质量评估模型;

采用经典禁忌搜索算法CTS优化通信质量Q(i),寻找在通信阻塞率B(i)限制下的最大通信质量Q(i);采用贪婪禁忌搜索算法GTS优化区域需求容量C(i),在CTS初始解的基础上寻找区域需求容量C(i)最大化的Ctotal;采用禁忌搜索遗传算法TSGA寻找收益性能W(i)最大化的最优解Wmax;通过由以上三种禁忌搜索算法组成的一种多层禁忌搜索算法MTLS求解最佳的体验质量E;

所述QoE因子包括覆盖性能、通信质量、区域需求容量和盈利能力四个QoE因子;

所述运用加权整体评估公式,自动生成中国各个网格区域内的体验质量性能指标;将QoE因子作为优化目标指标,建立了体验质量评估模型,具体公式为:符合:

ρc+ρw+ρq=1

Q(i)=1‑B(i)

Q(i)={Q(1),Q(2),…,Q(Ni)}C(i)=Cuser·Sr(i)

C(i)={C(1),C(2),…,C(Ni)}W(i)={W(1),W(2),…,W(Ni)}ρc表示区域需求容量所占的权值、ρw表示收益性能所占的权值、ρq表示分配给通信质量所占的权值,N(i)表示所有网格的数目,其中θEA为地面站E与星下点A的夹角,θ为半地心角,Bi表示第i个设备的带宽,C(i)表示单个区域内用户总的需求容量,Cuser·表示单个信道容量,Sr(i)表示考虑到通信阻塞率后的真实同时通话人数,W(i)表示各区域通信费用及收益性能, 为每网格内每年用户在通讯上的平均消费额。

2.根据权利要求1所述的一种自动感知中国用户对卫星星座的体验质量的方法,其特征在于,对覆盖性能进行定义和计算,包括步骤:利用定理1对中国区域网格进行覆盖性能的判断;

定理1:地面区域网格在卫星覆盖范围内的必要条件:θEA≤θ,其中θEA为地面站E与星下点A的夹角,θ为半地心角,则若已知地面用户坐标 星下点坐标 可得:得出覆盖性能的约束条件为公式(3)其中V(i)为第i个中国区域内的覆盖性能,并且将公式(3)作为用户体验质量感知体系的前提条件,判断是否进行接下来的信息处理和获取。

3.根据权利要求2所述的一种自动感知中国用户对卫星星座的体验质量的方法,其特征在于,当网格区域符合覆盖性能的约束条件时,则对该网格点进行设备密度的定义和计算,具体包括:IoT设备密度表示在特定区域内潜在可能连接SIoT网络的设备数量,通过统计中国地区的卫星通信人口数量来计算IoT设备密度;

i表示网格编号,计算当前网格平均人口密度值,Ni表示所有网格的数目,G(i)表示第i个网格内的人口总数,则操纵物联网设备进行卫星通信的人口数量如公式(4):S(i)=G(i)·ρcom·ρsat                      (4)其中ρcom为通信用户的比例,ρsat表示能够使用物联网设备且能用卫星通信的用户比例,已知一个区域的卫星用户设备数量S(i),通信激活率为α,从公式(5)可求得IoT设备密度:

Sα(i)=α·S(i)                        (5)在确定区域内同时使用的设备Sα(i)后,便可计算卫星星座通信的通信质量Q(i),计算Q(i)的主要因素是通信阻塞率,当总波束内需要同时通话的人数超过了可提供的最大同时通话的人数的时候,就会产生通信阻塞率B(i);

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其中λ是用户通信失败的概率,μ是多址干扰的期望值,σ为期望值μ的方差,erfc为误差函数,由于通信阻塞率越高,通信质量越低,通信阻塞率是影响通信质量的先决条件,因此在考虑到通信阻塞率后的真实同时通话人数Sr(i)为公式(7)Sr(i)=Sα(i)·Q(i)                    (7)。

4.根据权利要求3所述的一种自动感知中国用户对卫星星座的体验质量的方法,其特征在于,所述计算各区域需求容量C(i)的步骤具体为:根据香农公式,单个信道容量为公式(8):在以上公式中,Bi表示第i个设备的带宽,Psat为卫星发射功率,Gsat为卫星天线增益,Gusers为用户端天线增益,Lother为自由空间其他衰落,其他衰落包括雨、水蒸气、云雾在内的衰落,di为第i个设备到卫星的距离、daverage为设备平均到卫星的距离、N0为噪声功率密度、B为带宽;

因此可求得单个区域内用户总的需求容量C(i),单星所能容纳的最大吞吐量Csat,一条轨道的最大吞吐量为Ctotal:

C(i)=Cuser·Sr(i)                          (9)Csat=Cuser·Nsat                       (10)Ctotal=NSCsat                       (11)其中NS表示一条轨道的卫星数,Nsat为单星最大信道数。

5.根据权利要求4所述的一种自动感知中国用户对卫星星座的体验质量的方法,其特征在于,所述计算各区域通信费用及收益性能W(i),具体包括:根据真实的通话人数,可求得收益性能:其中, 为每网格内每年用户在通讯上的平均消费额:其中k表示城市k线等级标准,E(k)表示k线城市的人均GDP(万元/年),ρ(k)表示k线城市在网格中所占的比例,ρ表示通信费用在人均GDP中的占额比。

6.根据权利要求1所述的一种自动感知中国用户对卫星星座的体验质量的方法,其特征在于,建立了体验质量评估模型后,引入多层禁忌搜索算法,针对不同的QoE因子,分别利用经典禁忌搜索算法对通信阻塞率B(i)限制下的最大通信质量Q(i)进行优化;贪婪禁忌搜索算法对区域需求容量C(i)进行智能优化;禁忌搜索遗传算法对收益性能W(i)进行最大化计算;通过以上三种子算法组成的多层禁忌搜索算法MTLS和整体加权公式求解最佳的体验质量E。