[发明专利]基于业务优先级的高通量卫星波束自适应调度方法

说明书

本发明公开了一种基于业务优先级与速率自适应的高通量卫星波束按需调度方法，包括：测量低轨高通量卫星系统下行场景中的各波束小区业务流量和信道容量；根据上述获得的数据建立最大化的自适应速率调节因子与最大化的系统吞吐量的嵌套式最优化问题，以平均逗留时间与波束个数为约束动态地分配各小区的自适应速率调节因子与波束服务时间；根据波束服务时间，优先分配高优先级业务，其次基于最长队列原则分配无同频干扰的波束小区，最后当有空余波束时，根据最小的同频干扰代价函数选择有同频干扰的小区提供服务。该方法解决了低轨高通量卫星系统下行场景中预定全覆盖模式的资源浪费问题，可用少量波束以时分复用的方式覆盖多个小区。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种基于业务优先级与速率自适应的高通量卫星波束按需调度方法。

背景技术

近年来，传统通信卫星已经无法满足日益增长的地面宽带高速数据业务流量与全天候无缝接入的需求，正是这种对高速率卫星通信的需求，推动了高通量卫星的发展。与传统通信卫星较大的单一波束覆盖不同，高通量卫星利用混合预编码技术，简单高效地产生多个小覆盖范围、高增益的点波束，极大的增强了星地点对点通信链路的信道容量与服务质量。此外，高通量多波束卫星还在点波束间引入了频率复用与极化复用技术，通过对相邻波束小区提供不同频率与极化的业务波束，从而减轻了波束间的同频干扰，在完成波束全覆盖的同时，提高了接收信干噪比与服务质量。目前，高通量多波束卫星已经在高轨卫星上得到了一定的应用，在卫星与5G融合的趋势下，高通量卫星将进一步与低轨卫星结合，为用户提供全天候无缝超宽带通信服务。

然而，在低轨卫星场景下，高通量卫星现有的预定全覆盖模式存在一系列的问题：

问题1：地面业务流量分布拖尾大，变化快，导致系统能量效率降低。

在传统的高轨高通量卫星场景中，星下各波束小区覆盖范围大，变化小，各波束小区的业务流量可以近似视作泊松分布，而在低轨卫星场景下，波束小区覆盖面积小，业务流量波动更加剧烈，业务流量分布拖尾更加严重。此外，低轨卫星过顶速度较快，约为7.9km/s，有效服务时间不超过10分钟，低轨高通量卫星需要快速地服务多个业务流量需求不同的小区。若应用传统的预定全覆盖模式均匀分配波束，则会导致部分低流量小区中的波束能量浪费或是部分高流量小区得不到充分的服务。

问题2：预定全覆盖使用频率复用技术会降低系统的频谱效率。

在传统预定全覆盖模式中，利用频率复用技术减轻波束间的同频干扰，但是频率复用相当于将卫星全部带宽划分成若干个子频段进行重用，一般使用“若干色复用”来表示系统中划分了多少个频段，如“三色复用”、“四色复用”，复用的“色数”越大，相同频率的小区间隔越远，同频干扰越小。但是，一旦进行频率复用就意味着必须对波束的带宽加以限制，复用的“色数”越大，分配给该波束的带宽就越小，从而会降低系统的频谱效率与吞吐量。

问题3：地面业务种类不同，存在服务顺序以及优先级问题。

5G通信中存在着多种业务类型，以直播业务与宽带数据传输业务为例，直播业务的关键是不间断，而数据传输则可以通过边缘缓存容忍一定的中断。传统预定全覆盖模式，无法根据业务优先级与当前的信道状态动态的分配服务时间，可能会导致直播业务得不到优先服务而中断或者数据传输业务速率严重不足。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于业务优先级与速率自适应的高通量卫星波束按需调度方法，该方法在最大化系统吞吐量的前提下，分别实时分配服务优先级与自适应调节传输速率，结合最小化波束间干扰的约束，确定波束分配结果。