[发明专利]一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法及装置，该方法包括步骤A：综合考虑月球空间站网络节点的QoS需求，以及同频信道的干扰容限，建立最大化系统能效的优化问题；步骤B：基于流表的数据转发策略，月球空间站获得各接入节点的信道增益信息；步骤C：为了降低算法复杂度，将原整型规划问题转化为凸优化问题；步骤D：通过路径跟踪算法，在月球空间站的控制器获得最优解的功率分配策略。本发明可以解决未来月球空间站网络功率分配的技术问题。

技术领域

本发明涉及空间网络领域，特别涉及一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法及装置。

背景技术

通信系统的无线资源不再单独以最大化可靠传输的信息量为目标，而是考虑消耗单位焦耳所能够可靠传输的信息量。从物理角度出发，能源效率可定义传输信息比特数与所消耗能量的比值。消耗的能量包括辐射能量，使用非理想功率放大器所损失的能量，以及系统中硬件的能量消耗(如信号上变频和下变频，频率合成器，滤波操作，数模、模数转换，和冷却操作)。提高无线网络能效的方法主要分为四类，如资源分配、网络规划和部署、能量收集以及低功耗硬件的实现。通信系统网络的能效，取决于多个网络范围中各条链路上的性能函数，其表达起来往往会变得复杂。

月球空间站无线网络是一个由月球空间站、飞船、航天员、地球控制中心及月面网络通信基础设施构成的异构网络，考虑到空间设备的能量约束及系统的干扰抑制，需要在功率分配方面进行优化。在月球空间站通信系统方面，《国际深空互操作通信系统标准(草案)》对频率、调制、编码、同步、天线极化等方面做了具体的定义。考虑到能源的稀缺性，能量效率(Energy Efficiency，EE)将作为衡量月球空间站无线网络性能的关键指标，将实现从吞吐量优化向能效优化的通信方式进行转变。同时，月球空间站与飞船、地球站、月球站之间的距离变化范围较大，高效自适应的功率控制将有利于系统能效的提升。因此，如何设计提升系统能效的功率控制算法，是亟待解决的关键技术问题。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法及装置，以解决未来月球空间站网络功率分配的技术问题。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明公开了一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法，包括以下步骤：

步骤A：综合考虑月球空间站网络节点的QoS需求，以及同频信道的干扰容限，建立最大化系统能效的优化问题；

步骤B：基于流表的数据转发策略，月球空间站获得网络中各接入节点的信道增益信息；

步骤C：为了降低算法复杂度，将原整型规划问题转化为凸优化问题；

步骤D：通过路径跟踪法，获得最优解的功率分配策略。

进一步的，步骤A包括如下步骤：

步骤A1：定义月球空间站网络系统子信道信干噪比，在月球空间站网络中，将飞船与航天员视为与空间站相连的用户，其组成集合为F，则个数为F＝|F|，假设月球空间站网络采用正交频分多址作为用户的多址接入方式，可用子信道数为N，信道带宽为Δf，定义用户U_f在信道n上的信干噪比为：

式中，为空间站给U_f在信道n上分配的下行传输功率，为空间站与U_f之间的信道增益，其他占用信道n的用户上行功率为为U_i与U_f之间在信道n上的信道增益，同频干扰为1_R为噪声功率；

步骤A2：定义月球空间站网络系统能效，令为子信道分配指示标记，当子信道n分配给U_f时，否则，通过适当的调制和编码方案，用户吞吐量与接收端的SINR之间存在映射关系，单个用户在各个子信道上获得的归一化传输速率为：