[发明专利]卫星通信系统中的功率分配方法

说明书

技术领域

本发明属于资源分配的技术领域，具体涉及一种卫星通信系统中的功率分配方法。

背景技术

在现代卫星通信系统中，由于卫星平台的限制，星上的功率资源是有限及宝贵的。为了更好的满足用户的业务需求，必须要提高功率资源的使用效率。由于每个用户的业务申请量不同，并且不同用户的信道条件也不同。因此必须根据用户的业务申请量和信道条件将功率资源动态的分给不同的用户以提高资源利用率。

由于功率分配影响到整个卫星通信系统的性能，因此其得到了广泛的研究。如著名的“注水算法”，该算法以最大化系统容量为目标，根据每个用户的信道条件来进行功率分配，信道条件好的用户将分配更多的功率资源，而信道条件差的用户将分配更少的功率资源。但是这种算法有个明显的缺点，即没有考虑到每个用户的业务需求，一个用户的信道条件虽然好，但是其业务需求量很小，因此给其分配较多的功率资源明显的会造成浪费；一个用户的信道条件虽然差，但是其业务需求比较大，而给其分配较小的功率资源明显的会造成功率分配之间不公平性。为此，J.P.Choi and V.W.S.Chan等人以最小化所有用户业务需求和分配容量之差的平方和为优化目标，将功率分配问题建模成一个凸优化问题，并且分析出了不同的因素对于功率分配结果的影响。但是他们并没有提出具体的算法以解决该问题。为此，Yang Hong和Qi Feng等人分别将二分法和次梯度法应用于求解该优化问题。上述研究中的一个主要问题在于，每个用户的分配到容量和分配到的功率资源的关系是通过香农公式来确定的，然而香农容量公式在实际的卫星通信系统中无法实现，其只具有理论参考意义，因此，以上研究中功率分配结果在实际的卫星通信系统中并不是最优的结果。为此，Apostolos Destounis等人通过实际的卫星链路计算方程来确定用户的容量，然后以最大化满足容量需要的用户数目为准则，来进行功率分配。但是其没有考虑系统的整体容量以及为每个用户分配功率的公平性问题。

本发明的目的在于弥补上述研究中的不足之处。本发明通过卫星通信系统中采用的链路预算方程来确定用户的容量，以最小化所有用户的分配容量和业务申请量之差的平方和为准则，来进行功率优化。本发明选择的功率分配准则将会给业务申请量大的用户分配更多的功率资源，实现了功率资源分配的公平性。同时，该准则同样的也会尽最大努力的实现系统容量的最大化。因此，本发明选择的功率分配准则在系统容量最大和功率资源分配的公平性之间取折中。此外，由于本发明中采用链路预算方程来确定用户分配到得容量，因此，每个用户分配到的容量在实际的卫星通信系统中能够实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卫星通信系统中的功率分配方法，解决卫星通信系统中的功率分配问题，以提高系统功率资源的利用效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种卫星通信系统中的功率分配方法，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,…,σ_K]以及每个对偶变量的迭代步长；将每个σ_i的值设置为0，其中i∈{1,2,…,K}，并且其对应的迭代步长设置为0.001；选取业务申请量最小的用户U_j，给其分配的功率为P_j=P_total·T_j/T_total，其中T_total为所有用户业务申请量的总和，P_total为卫星通信系统中星上总功率，T_j为用户U_j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；

步骤2：确定经过优化后的每个用户分配的功率资源

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σ_i的值；

步骤4：判断下面两个条件是否同时满足：和如果同时满足则结束整个分配过程；否则，返回步骤2。

步骤1中的卫星通信系统的公平性功率分配模型为：

s.t.

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