[发明专利]一种联合跳波束和预编码的卫星通信系统资源调度方法

权利要求书

1.一种联合跳波束和预编码的卫星通信系统资源调度方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：建立基于业务优先级的跳波束时隙分配目标函数如下：

满足：R_i≤C_i，N_i≥0,N_i∈整数，K为波束总数；

其中，C_i为各个波束的业务容量需求，R_i为各个波束的实际能达到的业务容量，ω_i为用户业务优先级的权重值；N_i为各个波束分配到的时隙数，为最多在一个时隙可同时工作的波束数，N_t为总的时隙长度；

所述跳波束技术采用全频率复用，可得：

其中SINR_i,j为第j个时隙第i个波束的信干噪比；

步骤2：采用凸优化方法获取时隙分配数N_i的最优解；根据N_i得到时隙分配矩阵T＝[T₁,T₂,...T_k]^T；其中n_ij＝1表示第i个波束分配到了时隙j；矩阵T为K×N_t维矩阵，且该矩阵行向量中的非零元素的个数等于N_i，列向量中的非零个数定义为并且

步骤3：对各波束的时隙分配结果进行分析，根据同频复用距离，找出存在严重同频干扰的波束；具体地，步骤3.1、计算共信道干扰的增益因子如下：

其中为共信道干扰的增益因子，u(i,j)＝2.01723sin(θ(i,j))/sin(θ_3dB)，J_m是第一类m阶贝塞尔函数，θ_3dB和θ(i,j)分别代表第j个波束中心到第i个波束内用户的3dB角和位置角；则SINR_i,j表示为：

其中G_rtl为考虑路损、卫星发射增益和接收增益的信道矩阵；

步骤3.2、定义波束间的距离矩阵具体如下：

其中，波束之间的距离指的是波束中心的距离；定义波束半径大小为R，最小复用距离为2R；

步骤3.3、挑选存在同频共信道干扰的情况，构造元素为0或1的三维矩阵S，其中s(i,m,j)为K×K×N_t的三维矩阵S的元素；对于每个时隙，若d_imn_ijn_mj≤2R，则s(i,m,j)＝1，否则s(i,m,j)＝0；

其中n_ijn_mj＝{0,1}，s(i,m,j)＝1代表了第i和第m波束同时分配了第j个跳波束时隙工作，并且由于同频复用距离小于最小复用距离，而产生了同频干扰；为各波束的时隙分配矩阵T＝[T₁,T₂,...T_k]^T的元素；定义矩阵第三维的各向量元素的和表示第j个跳波束时隙内产生共信道干扰的波束个数；

步骤3.4、利用筛选出的在同一跳波束时隙内工作，且共信道复用距离小于最小复用距离2R的情况，找到所有存在严重同频干扰的波束及对应的时隙序号；

步骤4：设计发射端的预编码，对步骤3跳波束资源分配方案中的存在同频干扰的波束进行干扰抑制和消除；具体地，

步骤4.1、计算第i个波束在其所分配的第j个跳波束时隙中的预编码矩阵：

其中为存在同频干扰的波束间的信道矩阵，为各波束的噪声功率，P_tot为卫星的系统总功率，

步骤4.2、将预编码矩阵对功率进行归一化处理如下：

则相应的接收端信干噪比SNIR为：

最后计算各波束容量为：

2.根据权利要求1所述的一种联合跳波束和预编码的卫星通信系统资源调度方法，其特征在于：所述步骤2中利用凸优化方法求解时隙N_i分配最优解的步骤如下：

步骤2.1、将步骤1中的目标函数进行对数等价交换如下所示：

引入对偶变量λ，其他约束条件不变，目标函数的拉格朗日函数如下：

对上式求导，令可得：