[发明专利]卫星通信系统中的功率分配方法

摘要

本发明公开了一种卫星通信系统中的功率分配方法，首先根据卫星通信系统中的卫星链路预算方程，确定每个用户容量与分配功率之间的关系；然后据此将卫星通信通信系统中的功率分配问题建模成一个非线性带约束的凸优化问题；最后根据对偶定理，通过求解该优化问题的对偶问题来获取最优的功率分配方案。与传统的均匀或者比例功率分配方法相比，本发明提出的功率分配方法在保持整个系统容量不变的前提下，提高了分配给每个用户的功率的公平性。此外，由于本发明中采用卫星链路预算方程来计算为每个用户分配的容量，因此其分配结果在实际的卫星通信系统中更加具有实用性。

主权项

一种卫星通信系统中的功率分配方法，其特征在于，分配步骤如下：步骤1：在卫星通信系统的公平性功率分配模型中，初始化对偶变量λ和σ＝[σ1,σ2,…,σK]以及每个对偶变量的迭代步长Δ；将每个σi的值设置为0，其中i∈{1,2,…,K}，K为系统的波束数，并且其对应的迭代步长设置为0.001，n表示迭代次数；选取业务申请量最小的用户Uj，给其分配的功率为Pj＝Ptotal·Tj/Ttotal，其中Ttotal为所有用户业务申请量的总和，Ptotal为卫星通信系统中星上总功率，Tj为用户Uj的业务申请量；然后确定出对偶变量λ的初始值λ0，并且将其迭代步长设置为λ0/100000：其中卫星通信系统的公平性功率分配模型为：min{Pi}Σi=1M(Ti-Di)2]]>s.t.Di=Pi·GS·(G/T)iLi·(Eb/N0)i·k≤Ti]]>Σi=1MPi≤Ptotal]]>Σi∈NBjWi≤WBj;]]>其中，Di表示第i个用户申请的容量；M表示用户个数；表示第j波束的总带宽；Wi表示第i个用户所占用的带宽资源；表示第j个波束所包括的用户集合；步骤2：确定经过优化后的每个用户分配的功率资源Piopt；步骤1和步骤2根据如下公式确定对偶变量λ的初始值与经过优化后的每个用户分配到得功率资源Piopt2·GS·(G/T)iLi·(Eb/N0)i·k(Ti-Piopt·GS·(G/T)iLi·(Eb/N0)i·k)=λ+σjGS·(G/T)i·[1+ρ(αi)]Li·(Eb/N0)i·k·η(αi),i∈NBj;]]>其中，Li表示第i个用户的下行链路损耗，(G/T)i表示第i个用户接收设备的增益与等效噪声温度之比；GS表示卫星发射天线的增益；k表示波尔兹曼常数，其值为1.379×10‑23W/KHz；αi表示第i个用户采用的调制编码模式；(Eb/N0)i、ρ(αi)和η(αi)分别表示调制编码模式αi对应的解调门限比特信噪比、滚将因子和频谱效率；表示第j个波束所包括的用户集合；步骤3：根据上一步中得到的分配给每个用户的功率值，更新对偶变量λ和σi的值，方法为λn+1=[λn-Δλn(Ptotal-Σi=1MPiopt)]+]]>σin+1=[σin-Δσn(WBi-Σj∈NBiWj)]+]]>其中，[x]+＝max{0,x}；n表示迭代次数；表示第i波束的总带宽；Wj表示第j个用户所占用的带宽资源；表示第i个波束所包括的用户集合；M表示用户个数；步骤4：判断下面两个条件是否同时满足：|λn+1(Ptotal‑∑iPi)|＜ε和如果同时满足则结束整个分配过程；否则，返回步骤2。