[发明专利]一种基于优先级的中轨卫星系统可移动点波束调度方法

权利要求书

1.一种基于优先级的中轨卫星系统可移动点波束调度方法，其特征在于步骤如下：

1)设移动卫星通信系统中有S颗卫星，每颗卫星包含Q个可移动点波束；

2)设置三个集合：卫星集S_set、可移动点波束集B_set和用户集U_set；将可移动点波束集合B_set划分为S个子集(B_set)₁，(B_set)₂，…，(B_set)_S；

3)轮询卫星集S_set中的每个卫星节点，从用户集U_set中找出与第i颗卫星处于物理可见的用户集(V_i)_set；

4)对于卫星集S_set中的第i个卫星节点，轮询该卫星节点的Q个可移动点波束；对可移动点波束j，对用户集(V_i)_set中的每个用户进行遍历，计算(V_i)_set中与该用户处于同一波束覆盖范围内的用户数Cover_ijk，其中角标i表示第i个卫星节点，角标j代表第j个可移动点波束，角标k表示第k个用户；

5)计算则第i颗卫星的第j个可移动点波束的中心指向Cover_ijk最大值所对应的用户C_ijk，最终生成用户集(C_ijk)_set；

6)令(V_i)_set＝(V_i)_set-(C_ijk)_set，对第i颗卫星的第j+1号可移动点波束，重复执行步骤4)-步骤5)，直至Q个可移动点波束遍历完成，记最终被卫星i服务的用户集合为(SU_i)_set；

7)对第i+1颗卫星，更新(V_i+1)_set，即(V_i+1)_set＝(V_i)_set-(SU_i)_set，重复执行步骤3)-步骤6)，直至遍历完所有用户或所有卫星，完成用户与用户之间的通信。

2.根据权利要求1所述的一种基于优先级的中轨卫星系统可移动点波束调度方法，其特征在于：步骤4)中判断用户是否在同一波束覆盖范围内的准则为：

建立通过点波束调度为用户提供通信服务的数学模型：

obj max(Nc)

s.t.α≥Elevation_th

β≤Swing_th

θ≤Hpbw_th

其中，表示在可移动点波束指向调度完成后可以被覆盖的用户数量；bc_ij表示第i颗卫星的第j号可移动点波束覆盖的用户数量，其中1≤i≤S，1≤j≤Q；α为卫星-用户连线与地平线的夹角，Elevation_th为用户终端的最低通信仰角；β为用户-卫星连线与卫星-地心连线的夹角，Swing_th为卫星可移动点波束摆动的最大范围；θ为用户-卫星连线与卫星-波束中心连线的夹角，即相对于天线功率方向图最大方向的角度，Hpbw_th为卫星可移动点波束天线的半功率角；E_b/N₀为用户通过链路预算所获得的下行链路信噪比；D_t为用户的解调门限；F_m为考虑降雨影响的衰减余量因子；

对于高优先级用户，通过链路预算所获得的下行链路信噪比大于或等于用户的解调门限与衰减余量因子之和，则认为用户在同一波束覆盖范围内；

对于低优先级用户，通过链路预算所获得的下行链路信噪比大于或等于用户的解调门限，且小于或等于用户的解调门限与衰减余量因子之和，则认为用户在同一波束覆盖范围内。

3.根据权利要求2所述的一种基于优先级的中轨卫星系统可移动点波束调度方法，其特征在于：所述用户通过链路预算所获得的下行链路信噪比E_b/N₀的具体方法为：

E_b/N₀＝[C/N]_d-10lgR_b+10lg(B)；

其中，R_b为下行链路信息传输速率；B为接收机带宽；[C/N]_d为卫星下行链路的载噪比；

[C/N]_d＝[EIRP]_s-L_d-ΔL_d+[G/T]_e-10lg(kB)；

其中，[EIRP]_s为卫星可移动点波束等效全向辐射功率；L_d为下行链路自由空间传播损耗；ΔL_d为下行链路附加损耗，包括大气吸收、指向误差和极化误差；[G/T]_e为地面终端品质因数；k为玻尔兹曼常数；其中，[EIRP]_s和L_d的计算方法如下：

[EIRP]_s＝P_s-L_t+G_t；

其中，P_s为卫星可移动点波束额定输出功率；L_t为发射系统馈线损耗；G_t为可移动点波束发射天线增益；即卫星到地面终端的距离；λ为下行链路工作波长；根据电磁场理论，G_t的计算方法如下：

其中，G₀为天线功率方向图最大方向的发射增益；P(θ)为均匀圆孔径场分布的归一化功率方向函数，J₁(x)为一阶Bessel函数；D为天线的口径。