[发明专利]基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法

说明书

本发明公开了一种基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法，即可变组数的自适应用户分组和速率最大化算法(Adaptive user grouping for sum‑rate maximization，简称AUG‑SM)，通过该算法能够基于最大化系统和速率的调度准则调度所有用户、服务所有用户，通过增加用户分组数量，在保证公平性同时，最大化系统和速率，即通过牺牲时隙资源获得系统平均和速率的提高，给卫星通信用户分组提供了另一种思路。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，具体是一种基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法。

背景技术

卫星通信在通信领域发挥越来越重要的作用。从卫星通信运营商角度来说，目标是尽可能为更多用户提供服务；从用户来说，则是希望获得更大的吞吐量。由于能够为用户提供更大的带宽，不同波束之间的全频复用(Full Frequency Reuse，FFR)是未来发展的方向，但会不可避免地带来波束间的干扰。预编码是一种能够有效减轻波束间干扰的技术，其中迫零(Zero Forcing，ZF)预编码是一种常见的预编码方式，其复杂性较低且能够完全消除波束间干扰。

假设地面K_tot个用户均匀分布在N个波束内，一个波束覆盖多个用户。当地面用户众多时，卫星难免存在不能同时为所有用户提供服务的情况，为此需要进行用户分组，按序为所有用户提供服务。假设服务所有用户，需要T个时隙，对于第t(t＝1,2,…,T)个时隙，从K_tot个用户中选择L_t(L_t≤N)个用户，为了保证所选的L_t个用户能够通过空分多址同时服务到，在一个时隙内，每个波束内最多选择一个用户。在不同时隙中，采用时分多址技术为不同分组的用户提供服务，同时采用时分多址为同一组用户提供服务。

国家知识产权局于2019年3月29日公开的发明专利申请CN109547075A提出了两种多波束卫星通信系统的用户分组方案，但是两个方案分别存在以下问题：1、方案1考虑最大化原则，以实现小组最大化和速率，但是会导致部分用户得不到服务；2、方案2考虑公平性原则，实现了用户全选，但是会导致系统和速率的下降。

发明内容

针对现有卫星通信分组算法存在的技术缺陷，本发明提供一种基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法，在考虑系统和速率的同时，保证卫星同时服务到地面所有用户。

本发明保护一种基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法，包括以下步骤：

步骤1，初始化系统参数，系统参数包括用户集合、用户组数、用户组数上限；

步骤2，依次给每一用户组选择用户集合中具有最大信道增益的用户，即时将被选择的用户从用户集合中删除，直至每一用户组都具有第一个用户，计算各组和速率；

步骤3，选择用户集合中具有最大信道增益的用户，依次拟加入各用户组，找出加入该用户后和速率增加最大的用户组，并判断增加的和速率是否大于等于0；

若增加的和速率≥0，则将该用户加入该用户组；

若增加的和速率＜0，再判断用户组数是否达到上限；

若用户组数未达到上限，则为该用户创建一个新用户组；

若用户组数达到上限，则将该用户加入和速率增加最大的用户组；

步骤4，重复步骤3，直至所有用户分组完成。

进一步的，对于分在同一用户组的所有用户，根据信道条件对卫星给每一用户分配的功率进行注水，使得用户m_l获得最优功率p_l＝(μλ_l-1)⁺，其中λ_l表示用户m_l的有效信道增益，μ表示注水水位；注水水位μ通过求解。