[发明专利]一种基于NOMA的LEO卫星通信系统频点分配方法

说明书

本发明涉及一种基于NOMA的LEO卫星通信系统频点分配方法，解决的是小区边缘用户干扰强的技术问题，通过采用步骤一，将小区边缘用户与小区中心用户配对组成NOMA集群；步骤二，定义用户对频点的占用情况为状态，系统为用户分配的频点为动作，用户在某一信道上的供需比或者供需方差当作奖励，利用Q‑Learning算法迭代出最优频点分配策略，为各边缘用户分配载波频点，从而与中心用户进行功率域复用，训练出最优频点分配策略；步骤三，以最大化NOMA集群传输速率为目标建立优化模型，根据优化模型求解NOMA集群内边缘用户与中心用户的功率分配因子的技术方案，较好的解决了该问题，可用于卫星通信中。

技术领域

本发明涉及低地球轨道卫星应用领域，具体涉及一种基于NOMA的LEO卫星通信系统频点分配方法。

背景技术

卫星通信技术的发展为用户带了的更多的应用服务，随着全球物联网和互联网服务延伸、5G通信逐步商用，LEO卫星通信网络的研究成为业界讨论的热点话题。虽然LEO卫星网络有诸多优势，但是其可用的通信资源十分有限，这为LEO卫星资源分配带来了巨大的挑战。

在LEO卫星频点资源分配上，频率资源的短缺限制了系统容量并且导致系统内部的干扰，同时用户的分布特性使得资源分配更加复杂。在LEO卫星通信系统中，处于小区边缘的用户会面临着严重的共信道干扰。虽然研究人员通过频率复用和极化隔离等措施来降低边缘用户的干扰，但是有限的频率和极化资源仍然不能满足LEO卫星通信网络中的海量设备接入。非正交多址接入可以将同一资源分配给多个用户，相较于正交多址接入方式具有更高的系统容量和频谱效率，这恰好符合了未来网络爆炸性的数据增长和接入需求。在卫星通信系统中应用非正交多址接入，不仅能有效解决系统的高带宽需求和高频谱效率的要求，还能更好的解决系统的共信道干扰问题。

基于现有技术存在的小区边缘用户干扰强的技术问题，本发明提供一种基于NOMA的LEO卫星通信系统频点分配方法，在四波束全频率复用的LEO卫星通信系统中，通过将小区边缘用户与中心用户配对进行功率域复用，从而达到降低小区边缘用户干扰的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的小区边缘用户干扰强的技术问题。提供一种新的基于NOMA的LEO卫星通信系统频点分配方法，该具有小区边缘用户干扰弱的特点。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种基于NOMA的LEO卫星通信系统频点分配方法，包括：

步骤一，将小区边缘用户与小区中心用户配对组成NOMA集群；

步骤二，定义用户对频点的占用情况为状态，系统为用户分配的频点为动作，用户在某一信道上的供需比或者供需方差当作奖励，利用Q-Learning算法迭代出最优频点分配策略，为各边缘用户分配载波频点，从而与中心用户进行功率域复用，训练出最优频点分配策略；

步骤三，以最大化NOMA集群传输速率为目标建立优化模型，根据优化模型求解NOMA集群内边缘用户与中心用户的功率分配因子。

上述方案中，为优化，进一步地，步骤一的中心用户与边缘用户配对方法为：

当边缘用户处于2个波束覆盖重叠部分时，边缘用户可以与所在波束的任一中心用户配对并进行功率域复用，边缘用户载波将从中心用户所处波束的载波集合中选取；

当边缘用户处于4个波束覆盖重叠部分时，边缘用户不与其他中心用户配对，单独为边缘用户分配一个频点。

进一步地，步骤二中定义状态包括：将边缘对频点的占用情况当作状态，构建状态S_t：