[发明专利]一种基于能量有效的分布式星群节点选择方法

摘要

本发明公开了一种基于能量有效的分布式星群节点选择方法。在卫星移动通信系统中，高轨道卫星被分解为分布式卫星群，该分布式卫星群有上百个卫星节点组成。在卫星群与地面终端进行通信的过程中，使用大量的卫星节点，会消耗很大的功率，所以本发明针对这种情况提出了一种有效的节点选择方法。在系统的信道容量大于一定的门限值时，联合优化了发送卫星节点数，发送卫星节点子集，可服务移动终端子集。考虑到能量效率函数的特殊性，即联合优化等价于分步优化，首先，确定不同移动终端的大尺度衰落因子，从中选择出最优的大尺度衰落因子，然后确定最优的发送卫星节点数目和相应的子集。

主权项

一种基于能量有效的分布式星群节点选择方法，其特征在于：本发明考虑的系统是卫星移动通信系统下行链路，使用OFDM；卫星群中的发送卫星节点数远远大于移动终端用户数时，小尺度衰落因子的影响消失，根据接收信号的表达式，确定预编码矩阵：F=1KG*Dβ-1/2]]>G是信道矩阵，()*表示取共轭，G＝H·Dβ，H是小尺度衰落矩阵，Dβ是大尺度衰落矩阵，大尺度衰落主要包括阴影衰落和路径损耗；在分布式卫星群中卫星数K远远大于移动终端数L时，小区容量为：CK>>L=Σk=1Llog2(1+Kρfβk)]]>式中ρf成比例于发送信噪比，βk是大尺度衰落因子；由于卫星移动通信系统的卫星群中有大量的卫星，在整个系统工作时，会消耗很大的能量，因此需要对整个通信系统的功耗进行建模，总的功率消耗模型Psum可建模为：Psum＝εPt+KPct+LPcr+Pco,ε是功率放大器效率，Pt是卫星节点发射功率，K是发送卫星节点数目，Pct表示发送卫星节点链路所消耗的功率，Pcr表示移动终端接收端RF链所消耗的功率，Pco是电路的其他部分所消耗的功率，比如，数字信号处理；整个通信系统的能量效率为设可服务的移动终端数为Lr，Lr≤L，此时的优化目标为：(Ktopt,ψKtopt,ψLropt)=maxK,ψKt,ψLrΣk=1Lrlog2(1+Kρfβk)ϵPt+KPct+LrPcr+Pco]]>s.t.:Σk=1Lrlog2(1+Kρfβk)≥CT]]>表示最优的发送卫星节点数目，表示最优发送卫星节点子集，表示最优可服务移动终端子集，CT表示系统所要求的信道容量门限值；从优化目标可以看出，在使用所给出的预编码矩阵及发送卫星节点数远远大于可服务的终端用户数时，EE的值与发送卫星节点子集无关；即在最优发送卫星节点数确定后，发送卫星节点是随机选择的；此时EE是发送卫星节点数K和可服务终端数子集的函数，即此时要同时选择出和来最大化EE；从EE的表达式可以看出，EE的分子是K的凸函数，分母是K的凹函数，所以EE是K的拟凸函数，考虑到EE的特殊性，即EE的最大值是的单增函数，所以只需先找到最优也即是最大的把带入EE后令即可得到