[发明专利]星地一体化系统网络架构及其资源分配方法

权利要求书

1.星地一体化系统网络架构，其特征在于，包括三部分，分别是用户部分、控制部分以及空间部分；

用户部分是指各类终端，包括固定或移动的地面基站、移动终端；

控制部分包括网关、卫星控制中心、核心网以及基站控制器，负责管理卫星网络，让卫星网络和其他网络之间实现互联；

空间部分主要指分布于不同高度的轨道卫星，负责信号转发。

2.星地一体化网络的资源分配方法，其特征在于，用于权利要求1所述的星地一体化系统网络架构，包括以下步骤：

步骤101，构建资源分配模型；

步骤102，优化问题转化；

步骤103，迭代更新变量；

步骤104，输出最优解。

3.根据权利要求2所述的星地一体化网络的资源分配方法，其特征在于，步骤101，构建资源分配模型，具体包括以下过程：

假设所有基站总需求超过系统提供的最大容量，为了尽可能满足各个基站的通信需求，资源分配的数学优化模型表示为：

其中N代表卫星用户数量，T_i表示基站覆盖范围内总的业务需求量，卫星分配给基站的容量用C_i表示，系统总功率为P_total，K表示系统基站数量，P＝P_total/K即各基站平分系统总功率资源。

4.根据权利要求3所述的星地一体化网络的资源分配方法，其特征在于，步骤102，优化问题转化，具体包括以下过程：

引入非负的乘子λ，得到该优化问题的拉格朗日函数：

其中a_k,i∈{0,1}表示是否分配给基站k的用户i资源，p_k,i为基站k给用户i传输的功率，C_k,i表示基站k分配给用户i的信道容量，λ、μ为拉格朗日乘数向量，P^th是基站干扰电平，ε_k和ε_e是正态分布方差；

在假设场景下，公式(2)忽略；对于凸优化问题来说，对偶间隙为零，即两问题的最优解是一样的，局部最优解也就是全局最优解；因此要证明该优化问题是凸的，只需要证明公式(5)是凸函数即可；

h(W_i)＝(T_i-C_i)² (5)

对h(W_i)关于W_i求二阶导得到以下公式：

其中，

由公式(8)知结合公式(7)推出故对偶问题的最优解表示为：

5.根据权利要求4所述的星地一体化网络的资源分配方法，其特征在于，步骤103，迭代更新变量，具体包括以下过程：

1)基于KKT条件更新功率分配，由公式(10)得到近似解P_i^*，从而得到最优解

2)功率每一次的更新都依赖于对偶变量的更新，按照公式(11)、(12)、(13)对对偶变量进行迭代更新；

s_k,i＝a_k,ip_k,i,t_k＝(ε_k+ε_e)|h_ke|² (13)

其中，j代表迭代次数，β^(j)为迭代步长，[x]⁺＝max{0,x}。