[发明专利]Ka频段多址测控资源调度方法

说明书

本发明提出的一种Ka频段多址测控资源调度方法，旨在提供一种为不同需求用户提供分级有效的接入手段。本发明通过下述技术方案予以实现：将星载Ka频段资源分成多波束资源，每个波束内再分为不重叠的子频段资源，每个子频段利用不同的扩频码进行区分，实现了系统资源的三维设置；将有接入需求的用户根据优先级、速率不同分为预分配宽带、预分配窄带、随遇接入宽带与随遇接入窄带四种类型；然后根据用户接入请求，判断系统是否有空闲资源，无则拒绝接入，有则判断是预分配用户接入还是随遇介入，若是预分配接入则再判断是否宽带接入，是则进行宽带接入，否则进行预分配窄带接入；若是随遇接入则判断是否有空闲波束资源，有则分配波束资源，否则拒绝接入。

技术领域

本发明是关于天基测控领域中继卫星系统，适用于天基Ka频段多址测控系统的一种灵活可靠的Ka频段多址测控资源调度方法。

背景技术

Ka波段是电磁频谱的微波波段的一部分，Ka波段的频率范围为26.5-40GHz。Ka代表着K的正上方(K-above)，换句话说，该波段直接高于K波段。Ka频段卫星通信系统可为高速卫星通信、千兆比特级宽带数字传输、高清晰度电视(HDTV)、卫星新闻采集(SNG)、VSAT业务、直接到户(DTH)业务及个人卫星通信等新业务提供一种崭新的手段。Ka频段的缺点是雨衰较大，对器件和工艺的要求较高。Ka波段也被称作30/20GHz波段，通常用于卫星通信。Ka频段多址测控通信系统(KMA)是一种包括地面段、空间段和用户段，通过波束资源调度、链路建立等工作，最终实现测控、数传等多种功能的基于中继卫星的多功能测控通信系统。KMA利用搭载在中继卫星上的Ka频段相控阵天线及相关设备，生成多个可控Ka波束，通过多种用户接入的预分配接入、随遇接入方式和空分多址、码分多址、频分多址等多址手段，实现对多个目标飞行器的同时测控、高速数据中继和测控通信一体化等核心功能，同时利用波束铰链等方式，具有飞行器数据快速回传、飞行器间数据交互等扩展功能。现有的天基Ka测控资源调度只能利用频分复用的方法对极少数目标进行预约数据中继服务，而无法对不同的宽带、窄带用户需求进行有效的区分，导致系统资源利用率非常低下，而目前卫星通信系统中一般采用的多频-时分多址(MF-TDMA)技术，由于中继卫星与用户星之间的时间同步非常困难而无法适用。现有的天基系统(包括中继卫星、通信卫星)多址资源调度方法很难适用。为了降低计算的复杂度，现有技术提出了采用分步优化算法的联合分配算法和传统的固定分配算法。其中，基于两步优化算法采用了分配子载波、确定各载波功率，两种不同分配算法进行性能比较。固定分配算法采用假定整个系统的通信需求总量恒定不变，不考虑每个用户实际的通信需求，将Q个载波带宽平均分配给每个用户。一方面，当较少的用户发送信息时，分配给用户的资源将大大浪费，且别的用户不能对其资源进行使用，另一方面当较多的用户发送信息时，随着用户波束数K的增加，系统频率效率分配的资源不足以满足用户通信需求。两种算法在多波束卫星通信模型下系统频谱效率的对比和系统通信需求满意度β的对比结果表明，随着用户波束数K的增加系统的吞吐量有所提高，但是系统的功耗和复杂度也相应的提高，并且增加了计算的复杂度。航天测控资源调度问题是带时间窗口约束的多资源调度问题,目前该问题在求解方法上的研究包括调度模型的建立和算法的设计。因此实际系统的资源分配时，需要在系统吞吐量和计算的复杂度之间寻求一个平衡点。由于Ka频段多波束卫星通信系统资源动态分配优化问题是一个非凸联合优化问题，联合最优解是很难获得的。因此需要设计一种新的快速实用的天基Ka频段多址测控资源调度技术。

发明内容

本发明的目的在于针对天基Ka频段多址测控通信系统的特点与应用需求，提出一种灵活可靠的多址测控资源调度方法，为不同需求的用户提供分级有效的接入手段。