1.一种考虑用户关联、子信道分配及波束关联的多波束卫星通信系统资源分配方法，其特征在于，假设系统包含一个多波束低地球轨道(Low Earth Orbit,LEO)卫星，一个网络控制中心及N个卫星用户，其中，LEO卫星配置有星载处理器，与卫星用户直接通信进行数据传输；假设卫星发射K个覆盖半径为r的点波束，波束间采用全频率复用机制，波束内将总带宽划分为F个等长子信道，每个波束覆盖多个用户，波束内不同用户占用不同的子载波，令B表示子信道带宽；该方法具体包括以下步骤：S1：建模用户业务模型；

S2：建模用户关联变量、子信道分配变量及波束关联变量；

S3：建模链路传输速率；

S4：建模系统效用函数；

S5：建模资源分配约束条件，包括用户关联、子信道分配、波束关联及功率约束条件；

S6：基于用户位置确定用户初始聚类策略；

S7：基于负载均衡准则确定用户重聚类策略；

S8：基于用户优先级确定子信道分配策略；

S9：基于系统效用最大化确定波束关联策略；

步骤S1中，建模用户业务模型，具体包括：定义用户n为UEn，令qn表示UEn的业务特性，由一个二元组描述：qn＝＜sn,wn＞，其中，sn表示UEn的数据包大小，wn表示UEn的业务权值；假设每个数据包均有一个生存时间，令 表示UEn的数据包的生存时间，1≤n≤N；

步骤S2中，建模用户关联变量、子信道分配变量及波束关联变量，具体包括：令yn,m表示用户关联变量，其中，yn,m＝1表示UEn关联用户组m，否则yn,m＝0，1≤n≤N，1≤m≤M，M为用户组数；定义用户组m中用户集合为Ψm，用户组m中的用户数为Nm；令xt,n,m,f表示子信道分配变量，xt,n,m,f＝1表示第t个时隙UEn占用用户组m中子信道f接收卫星发送的数据，否则xt,n,m,f＝0，1≤t≤T，1≤n≤N，1≤m≤M，1≤f≤F，T为系统时隙数；令zt,m,k表示波束关联变量，zt,m,k＝1表示第t个时隙用户组m被波束k覆盖，否则zt,m,k＝0，1≤t≤T，1≤m≤M，1≤k≤K；

步骤S3中，建模链路传输速率，具体包括：令Rt,n,m,f表示第t个时隙UEn占用用户组m中子信道f对应的可达速率，建模为：Rt,n,m,f＝Blog(1+γt,n,m,f)，其中，γt,n,m,f表示第t个时隙UEn占用用户组m中子信道f接收卫星发送的数据时对应的接收端信噪比，建模为：其中，pt,n,m,f表示第t个时隙UEn占用用户组m中子信道f的发射功率， 为UEn的接收天线增益，N0为加性高斯白噪声的功率谱密度；Lt,n,m,f表示第t个时隙卫星与用户组m中UEn间链路在子信道f的自由空间损耗，定义为其中，c表示光速，dt,n,m表示第t个时隙卫星与用户组m中UEn之间的距离，ξf表示子信道f的载波频率；gt,a为天线主瓣增益，天线波束增益建模为： 其中，gt,b为旁瓣增益，θ为天线波束宽度，δ＜＜1；It,n,m,f为第t个时隙UEn占用用户组m中子信道f接收信号时受到的波束间干扰，建模为：步骤S4中，建模系统效用函数，具体包括：令U表示系统效用函数，建模为： 其中Un表示UEn的效用函数，建模为：Un＝ω1Wn‑ω2En，其中，ω1和ω2为加权因子，0≤ω1,ω2≤

1，满足ω1+ω2＝1；Wn表示用户n所传输数据包的业务权值，建模为：Wn＝wnαn，其中，αn表示数据包丢弃变量，建模为： 其中，1{x}为指示函数，x为逻辑变量，若x为真，1{x}＝1；否则，1{x}＝0，Tn表示卫星完成UEn的数据传输所需总时隙数目，需满足以下限制条件：其中τ为时隙长度；En表示UEn传输数据包所需能耗，建

模为：

步骤S5中，建模资源分配约束条件，具体包括：

1)用户关联约束：

2)子信道分配约束：

3)波束关联约束：

4)功率约束： 其中，pb为单波束的最大发

射功率，ptot为所有波束的最大总发射功率；

5)传输速率约束：若xt,n,m,f＝1，则 其中， 为UEn的最小传输速率；

步骤S6中，基于用户位置确定用户初始聚类策略，具体包括以下步骤：

S61：初始化：令未覆盖用户集合为 边界用户集合为Φb，区域中用户集合为Φin，令Φm为第m个用户组集合，Φs为候选用户集合；以逆时针方向将边界用户排序，令m＝1；

S62：评估用户分布密度：定义UEn分布密度ρn为所有用户距离之和与UEn到其他用户距离之和的比值，建模为： 其中，dn,n′表示UEn和UEn′之间的距离；

S63：选取用户密度最小的边界用户：若 则 为所选密度最小

的边界用户，更新 将 作为簇中心点进行覆盖；

S64：确定边界用户的候选用户集合：计算其他边界用户UEn与 之间的距离，以为簇中心，将距离小于等于r的边界用户组成簇，将已成簇用户添加至Φm；将距离大于r且小于等于2r的边界用户加入候选用户集合；其中，r表示用户组覆盖半径；

S65：更新簇中心点：在候选用户集合中选取与簇中心点距离最小的边界用户，令其为在保证Φm中所有节点可连接的情况下，判断是否能通过移动簇中心位置实现对的覆盖，若能成功覆盖，则将 添加至Φm中；从Φs中移除 重复上述操作，直至无法覆盖更多边界用户；

S66：确定区域中用户的候选用户集合：计算区域中用户与簇中心点之间的距离，将距离小于等于r的区域中用户加入Φm；将距离大于r且小于2r的区域中用户加入Φs；

S67：更新簇中心点：在候选用户集合中选取与簇中心点距离最小的区域中用户，令其为 在保证Φm中所有节点可连接的情况下，判断能否通过移动簇中心位置实现对的覆盖；若能成功覆盖，将 添加至Φm中；将 从Φs中移除；重复上述操作，直至无法覆盖更多区域中用户；

S68：判断算法结束：更新边界用户集合Φb及区域中用户集合Φin，即：Φb＝Φb/(Φb∩Φm)，Φin＝Φin/(Φin∩Φm)，从未覆盖用户集合 中移除Φm所包含的用户，即：若 为空集，则算法结束，否则，令m＝m+1；

S69：确定簇中心点：根据逆时针方向选择未覆盖边界用户中距离 最近的点，重复步骤S64～S69；

步骤S7中，基于负载均衡准则确定用户重聚类策略，具体包括以下步骤：S71：判断是否执行用户切换：若存在负载过重用户组与负载较轻用户组之间用户数差值高于门限值，且负载过重用户组与负载较轻用户组之间存在共同覆盖的用户，则执行用户切换；

S72：确定切换用户组集合：基于初始聚类结果，若某用户组与至少一个邻居组之间存在共同覆盖的用户，则将该用户组添加至待切换用户组集合；

S73：确定切换源用户组及候选用户组集合：将切换用户组集合中的用户组根据用户数量大小进行降序排列；选取用户数量最大的用户组，作为切换源用户组，在切换用户组集合中选择与源用户组存在共同覆盖的用户组形成候选用户组集合；

S74：选取切换目的用户组：若仅存在一个候选用户组，则该候选用户组为切换目的用户组；若存在多个候选用户组，选取对应用户数最小的候选用户组作为切换目的用户组；若多个候选用户组中用户数量相等，则选取业务度量和最小的候选用户组进行重聚类，其中，用户业务度量为用户数据量与业务权值的乘积；

S75：确定切换用户：若切换源用户组中仅存在一个候选切换用户，则将该用户切换至目的用户组；若存在多个候选切换用户，选择对应业务度量最大的用户切换至目的用户组；

判断源、目的用户组用户数差异是否大于门限值，若是，则将剩余切换用户中业务度量最大的用户切换至目的用户组；重复上述过程，直至所有候选切换用户均切换至目的用户组或源、目的用户组用户数差异条件不再满足；将目的用户组从候选用户组中删除；

S76：判断切换源用户组的用户数是否仍大于其他用户组的用户数，若是，则返回步骤S74；否则，将切换源用户组移除切换用户组集合，判断切换用户组集合是否为空集，若是，则算法结束，否则，返回步骤S73；

步骤S8中，基于用户优先级确定子信道分配策略，具体包括：定义时间阈值为Tth，若用户的截止时间小于时间阈值则该用户所需传输的数据包较为紧急，定义βn表示UEn的数据包紧急程度，若Tmax＜Tth，则βn＝1，否则，βn＝0；

定义Gn为用户UEn的优先级，建模为：Gn＝λ1wn+λ2sn+λ3βn，其中，λ1、λ2、λ3分别为wn、sn、βn对应的加权因子；根据用户的优先级顺序限制，将用户组内用户分为两类，前Q个用户定义为高优先级用户，余下用户为低优先级用户；若用户组用户数大于子信道数，首先为高优先级用户分配子信道，并基于Kuhn‑Munkres匹配算法确定子信道分配策略；

步骤S9中，基于系统效用最大化确定波束关联策略，具体包括：在满足用户关联、子信道分配、波束关联及功率约束条件下，以系统效用函数U最大化为优化目标，确定波束关联策略： 其中， 分别表示优化后的xt,n,m,f,yn,m,zt,m,k。