[发明专利]一种基于跳波束的双层卫星网络功率和带宽联合分配方法

说明书

本发明提供了一种基于跳波束的双层卫星网络功率和带宽联合分配方法，确定所提分配方法的输入参数，初始化波束功率，计算理想带宽和波束带宽，计算被服务的K个地面终端的波束发射功率，从干扰数据库中获得LEO卫星波束对应的GEO卫星的干扰，计算LEO卫星波束对GEO卫星的总干扰，从而输出波束带宽和波束功率。本发明在干扰抑制条件下以最小化供需差异为目标的带宽和功率分配方法，所提的功率和带宽联合分配方法，与带宽、功率平均分配和带宽平均，功率注水的两种主流分配方法相比，具有通信流量供需差最小和计算时间最短两方面巨大优势。本发明最终实现最大化利用卫星资源。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，在由GEO卫星和LEO卫星构成的双层通信网络中，设计一种基于跳波束技术的按需资源分配方法，使得卫星在干扰门限限制下，根据通信需求分配带宽资源，进而优化波束功率，从而达到最大化卫星资源利用率的目的。

背景技术

在卫星通信网络中，地面终端流量需求分布极为不均匀。传统多波束卫星中固定比例的带宽和功率分配方式易导致供需失配，造成巨大的通信资源浪费。采用跳波束技术的卫星通过从时间、空间、带宽、功率等多个维度对资源进行灵活分配及利用，可以使得地面终端获得灵活高效的资源配置。

文献1“Y.Li,Z.Luo,W.Zhou and J.Zhu,Benefits analysis of beam hoppingin satellite mobile system with unevenly distributed traffic,ChinaCommunications,vol.18,no.9,pp.11-23,Sept.2021.”对于卫星移动通信系统中波束不均匀的情况下，进行了跳波束的效率分析，对跳波束技术的应用及资源分配提供了数据参考。

文献2“J.Tang,D.Bian,G.Li,J.Hu and J.Cheng,Resource Allocation forLEO Beam-Hopping Satellites in a Spectrum Sharing Scenario,IEEE Access,vol.9,pp.56468-56478,2021.”介绍了频谱共享场景下，LEO跳波束卫星的资源分配方法及研究。

文献3“P.Zuo,T.Peng,W.Linghu and W.Wang,Resource Allocation forCognitive Satellite Communications Downlink,IEEE Access,vol.6,pp.75192-75205,2018.”采用跳波束技术，以最小化供需差异为目标，分别从时间、频率、功率和空间维度进行资源分配，以提高频谱效率，最大化利用卫星资源。

综上，在双层卫星网络中存在频谱资源紧张、网络干扰态势复杂、通信流量供需失衡等问题背景下，如何进行多维域的资源分配，实现最大化利用卫星资源是目前的技术难题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于跳波束的双层卫星网络功率和带宽联合分配方法。本发明提出一种基于干扰抑制的跳波束卫星功率和带宽联合分配方法，与带宽、功率平均分配和带宽平均、功率注水的两种主流分配方法相比，本方法具有通信流量供需差最小和计算时间最短两方面优势。本发明提供一种在双层GEO/LEO卫星网络中，跳波束LEO卫星在干扰抑制条件下以最小化供需差异为目标的带宽和功率分配方法，所提的功率和带宽联合分配方法，与带宽、功率平均分配和带宽平均，功率注水的两种主流分配方法相比，具有通信流量供需差最小和计算时间最短两方面巨大优势。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：