[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

说明书

本发明一种基于优先级的中轨卫星系统可移动点波束调度方法。该方法同时考虑了降雨衰减对系统带来的影响，策略执行过程中涉及两类用户，即普通用户和特殊用户，特殊用户的优先级较高。并且，本发明构建了可移动点波束的调度优化模型，该模型针对特殊用户引入了余量衰减因子，旨在考虑降雨环境下为特殊用户优先提供服务质量的同时最大化覆盖用户的数量，在此基础上通过二分图法求出该模型的近似最优解。

技术领域

本发明涉及一种基于优先级的中轨卫星系统可移动点波束调度方法，特别是应用于卫星通信系统的波束调配与管理方案设计

背景技术

通信卫星的有效载荷需求不断增强，由于可移动点波束能够灵活调整天线指向，实现局部区域信号覆盖，并且具有结构简单、精度高等优点，因此被越来越多的应用于各类航天器上。当卫星天线需要覆盖特定区域内的多个目标时，为了保证特定目标的增益要求，同时使得可移动点波束的资源利用率得到某种程度上的最大化，就需制定天线指向策略，并在此基础上寻找可移动点波束的最优指向点，通过最优化算法确定指向位置。

同时，随着卫星通信的发展以及终端用户业务需求量的不断增大，拥有较高频段带宽的Ka频段，越来越受到重视并已开始投入使用。目前，O3b公司计划部署的16颗卫星中，每颗卫星包含12个可移动点波束，其中10个点波束为用户波束，其余2个点波束为信关站波束，并且波束均采用Ka频段，以实现用户的宽带接入。因此，采用Ka频段的可移动点波束能够为用户提供高速率大带宽服务，并且可以实现用户的按需覆盖。然而，在实际的使用过程中，Ka频段卫星通信系统链路性能会受到降雨衰减的影响，进而导致信道条件发生恶化。另一方面，在卫星通信系统中，可能要同时支持地面普通终端及一些快速移动终端的通信，这些终端具有不同的优先级。在降雨条件下，如何设计合适的点波束调度策略以抵抗降雨衰减的影响，同时对不同优先级的用户提供服务质量保证未曾有公开文献报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术不足，通过点波束调度，首先保证高优先级用户的服务质量，有效克服降雨环境对Ka频段卫星通信系统所带来的影响，进一步增强通信卫星的业务支持能力，以便为天地一体化信息网络、一带一路等国家重大规划中的通信卫星等各类卫星系统提供支撑。

本发明的技术方案是：一种基于优先级的中轨卫星系统可移动点波束调度方法，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；