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专利号: 2022101451489
申请人: 深圳泓越信息科技有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-09-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种卫星系统波束调度和资源分配方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:S1:卫星业务模型建模;

S2:卫星波束调度变量建模;

S3:子信道分配变量建模;

S4:卫星信道建模;

S5:用户传输速率建模;

S6:系统回报函数建模;

S7:卫星波束调度及资源分配限制条件建模;

S8:卫星系统波束调度及资源分配优化问题建模;

S9:基于Q学习算法优化确定卫星波束调度及资源分配策略;

在该方法中,多波束低轨道卫星服务N个小区,令K表示波束数目,Un,m为小区n的第m个用户,Mn为小区n中的用户数量;卫星波束采用全频率复用方式共享系统带宽,令系统总带宽为Btot,将系统带宽划分为F个子信道,子信道带宽为Bc=Btot/F,Cf表示第f个子信道的载波频率;系统时间T被划分为连续等长的时隙,时隙长度为τ;

建模卫星业务模型具体包括:令qn,m,t={Sn,m,t,ωn,m}表示Un,m业务特性,其中,Sn,m,t表示t时隙末,Un,m待接收的数据量,ωn,m表示该用户的业务权值;

在所述S2中,建模卫星波束调度变量具体包括:令xn,t∈{0,1}表示波束覆盖变量,若时隙t卫星波束覆盖小区n,xn,t=1,反之,xn,t=0,时隙t小区波束调度变量集合为xt={x1,t,...,xn,t,...xN,t};

在所述S3中,建模子信道分配变量具体包括:令yn,m,f,t∈{0,1}为子信道分配变量,若时隙t,Un,m占用子信道f进行信息传输,yn,m,f,t=1,反之,yn,m,f,t=0;

在所述S4中,建模卫星信道具体包括:令Gn,m,f,t表示时隙t卫星波束与Un,m之间链路在子信道f的信道增益,Gn,m,f,t建模为 其中 表示接收天线增益,表示为 其中,un,m,t=2.07123sin(θn,m,t)/sin(θ3dB),θn,m,t表示时隙t卫星波束与Un,m接收天线的离轴角,θ3dB为3dB波束带宽max,R对应的角度,g 为接收天线最大增益, 表示卫星发送天线增益,表示为:max,T

其中,g 为发送天线最大增益, 为时隙t,Un,m到卫星的仰角,Ln,m,f,t表示时隙t卫星与Un,m之间链路在子信道f的自由空间损耗,表示为 c为光速,dn,m,t为时隙t卫星到Un,m之间的距离,Lpt表示雨衰系数,hn,m,t表示时隙t卫星与Un,m之间链路的随机特性;

在所述S5中,用户传输速率建模具体包括:令Rn,m,t表示时隙t卫星至Un,m的数据传输速率,建模为 其中,pn,m,t为时隙t卫星传输数据至Un,m时采用的发送功率,In,m,f,t为时隙t,Un,m受到的波束间干扰,定义为在所述S6中,系统回报函数建模具体为:令Rt表示时隙t各小区的总回报函数,表示为其中,rn,m,t为Un,m的回报函数,表示为:令R为系统长期平均回报函数,表示为在所述S7中,建模卫星波束调度和资源分配限制条件具体包括:

1)卫星波束覆盖限制

每个时隙最多仅有K个小区存在波束覆盖,则有

2)子信道分配限制

任意时隙,同一小区内的用户仅分配不同子载波,则有

3)卫星发射功率限制

时隙t卫星的总发送功率需满足最大功率限制,则有其中,Pmax为卫星最大发送功率;

在所述S8中,卫星系统波束调度及资源分配优化问题建模具体包括:在满足卫星系统波束调度和资源分配限制条件,以系统长期平均回报最大化为目标,优化确定波束调度和资源分配策略,即:

其中, 分别为最优波束覆盖、子载波关联及卫星发射功率分配策略;

所述S9中,基于Q学习算法优化确定卫星波束调度及资源分配策略具体包括:定义状态空间S={hn,m,t,Sn,m,t},其中,Sn,m,t建模为:Sn,m,t=max{Sn,m,t‑1‑Rn,m,tτ+An,m,t,0},An,m,t为时隙t,Un,m的数据量,令λn,m为该用户的平均数据到达率,则E[An,m,t]=λn,mτ;定义动作空间Λ={xn,t,yn,m,f,t,pn,m,t},即包含波束覆盖关联变量,子信道分配关联变量以及卫星功率分配;定义Q函数为Q(st,at)=α[Rt+1+γmaxQ(st+1,a)‑Q(st,at)],其中,st为t时刻系统状态,at为t时刻采取的动作,a为系统采取的动作,α∈(0,1)为学习速率,γ∈(0,1)为折扣因子,对Q函数迭代更新,直至收敛,确定对应长期平均回报函数优化的卫星波束调度和资源分配策略。