[发明专利]一种多波束卫星带宽功率表联合优化分配方法及应用

权利要求书

1.一种多波束卫星带宽功率表联合优化分配方法，其特征在于，包括：

构建多波束卫星通信系统资源分配模型，所述模型的优化目标是最小化各点波束通信容量需求向量与通信容量分配向量的差异，所述模型的约束条件包括最大通信容量分配向量约束条件、系统时延约束条件、可用总带宽资源约束条件和可用总功率资源约束条件，考虑信道衰减和/或波束间干扰下确定各点波束通信容量分配向量的表达式；

采用基于量子粒子群优化算法对所述模型进行求解，其中，将单个粒子定义为长度为2M的向量，其中M位编码分别表示M个点波束的带宽分配向量，剩余M位编码分别表示M个点波束的功率分配向量，M为卫星配置的点波束数量。

2.如权利要求1所述的多波束卫星带宽功率表联合优化分配方法，其特征在于，所述模型的优化目标表示为：

所述模型的约束条件表示为：

满足

式中，B_total为卫星可用的总带宽资源；P_total为卫星可用的总功率资源；表示第个点波束；表示点波束的容量需求；表示分配给点波束的带宽资源；表示分配给点波束的功率资源；表示点波束获得的通信容量，minimize表示最小化，max表示最大化。

3.如权利要求2所述的多波束卫星带宽功率表联合优化分配方法，其特征在于，考虑信道衰减时各点波束通信容量分配向量的表达式为：

式中，为信道衰减系数，N₀表示波束内信道的噪声功率谱密度。

4.如权利要求2所述的多波束卫星带宽功率表联合优化分配方法，其特征在于，虑信道衰减和波束间干扰下时各点波束通信容量分配向量的表达式为：

式中，表示波束ξ的天线旁瓣增益对使用同频信道的波束的干扰系数，

5.如权利要求1所述的多波束卫星带宽功率表联合优化分配方法，其特征在于，采用基于量子粒子群优化算法对所述模型进行求解包括步骤：

步骤1，生成初始粒子种群，将单个粒子定义为长度为2M的向量；

步骤2，将粒子矩阵种群转换为带宽分配向量矩阵和功率分配向量矩阵；

步骤3，根据带宽分配向量矩阵和功率分配向量矩阵计算各点波束通信容量分配向量矩阵，计算通信容量分配向量的适应度；

步骤4，更新粒子个体最优位置和个体最优适应度值；

步骤5，更新粒子平均最优位置、全局最优位置和全局最优值；

步骤6，更新粒子吸引子；

步骤7，更新粒子种群；

步骤8，判断是否满足迭代终止条件，若是，输出最优粒子，并计算对应的最优带宽分配向量、最优功率分配向量和最优通信容量分配向量，若否，跳转到步骤2。

6.如权利要求5所述的多波束卫星带宽功率表联合优化分配方法，其特征在于，所述步骤2包括：

将粒子种群中粒子个数记为N，将N个粒子的M位带宽分配向量组成带宽分配向量矩阵，将N个粒子的剩余M位功率分配向量组成功率分配向量矩阵；

若临时带宽分配向量矩阵中向量之和大于可用总带宽资源，则对临时带宽分配向量矩阵中向量进行等比例缩小，根据缩小后的矩阵计算带宽分配向量矩阵，若临时功率分配向量矩阵中向量之和大于可用总功率资源，则对临时功率分配向量矩阵中向量进行等比例缩小，根据缩小后的矩阵计算功率分配向量矩阵。

7.如权利要求5所述的多波束卫星带宽功率表联合优化分配方法，其特征在于，步骤3包括：

根据带宽分配向量矩阵和功率分配向量矩阵计算各点波束通信容量分配向量矩阵；

根据计算的通信容量分配向量和惩罚系数计算适应度，该惩罚系数满足：若通信容量分配向量不满足最大通信容量分配向量约束条件或系统时延约束条件，惩罚系数为大于1的数值，否则惩罚系数为1。