多波束卫星移动通信系统容量估计及用户调度技术方案

本发明专利技术提供一种基于统计信道信息的多波束卫星移动通信系统遍历容量估计及用户调度技术。利用用户发送导频信号估计用户统计信道信息，基于遍历容量上界与统计信道信息之间的关系，估计遍历容量上界，以此逼近遍历容量，作为容量的估计值。以容量估计方法为基础，以最大化和速率为目标，进行用户调度，得到在相同时频资源上和速率最大的用户组合。本发明专利技术所提供的容量估计和用户调度技术复杂度，可有效支持多波束联合处理，显著提高系统性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于统计信道信息的卫星移动通信系统上行链路可达和速率估 计技术和用户调度方案，主要应用于多用户场景的多波束卫星移动通信系统。
技术介绍
卫星移动通信能为地面网络难以覆盖的区域提供移动通信服务，具有覆盖广、组 网和控制简单等诸多优点，是移动通信的重要组成部分。随着数字多波束形成技术的成熟 和广泛运用，越来越多的卫星移动通信系统开始采用数字多波束覆盖。配备多波束天线的 卫星移动通信系统是一个多用户多入多出系统。 对于一个多用户多入多出系统，会出现大量用户同时提出服务申请的情况。大量 用户同时接入网络，容易产生严重的用户间干扰，导致系统和速率下降。理论和实践研究表 明，以和速率最大为目标的用户调度算法可以有效减小用户间干扰，从而提高系统和速率。 但以和速率最大为目标的用户算法，需要估计用户可达和速率。由于卫星信道延时很大，系 统难以获取瞬时信道信息，所以无法实时估计可达和速率。开发基于统计信道信息的可达 和速率估计技术可以有效应对卫星信道延时大的问题，从而实现以和速率最大为目标的用 户调度，使系统和速率得到提升。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是利用统计信道信息（波束增益和用户平均功率衰减） 估计多波束卫星移动通信系统上行链路的可达和速率（即遍历容量），进而实现基于统计 信道信息的用户调度，使系统和速率得到提升。 技术方案：本专利技术的一种多波束卫星移动通信系统容量估计及用户调度方法，为 基于统计信道信息的用户调度方法，具体为： a.估计系统统计信道信息：在多波束卫星移动通信系统中，利用用户发送导频估 计用户所在波束及用户在波束中的位置，然后利用用户位置估计各用户与各波束间的波束 增益，同时还利用导频估计用户平均功率衰减，波束增益和用户平均功率衰减均属于统计 信道信息； b.利用统计信道信息估计系统可达和速率，并以和速率最大为目标的进行基于统 计信道信息的用户调度。其中： 估计系统统计信道信息中，卫星配备多波束阵列天线，形成多波束同时接收并解 码多个用户的信号，用户间无协作，各自独立发送信号，且发射功率相同，系统利用用户发 送导频，估计用户所在波束及在波束中的位置，并利用已知波束空间分布以及用户在波束 中位置，估计各用户与各波束间的波束增益，同时利用导频信号估计用户与卫星间的信号 平均功率衰减，波束增益和用户平均功率衰减均属于统计信道信息；卫星信道延时大，难以 获取瞬时信道信息，而统计信道信息受信道时延影响较小。 估计系统可达和速率中，考虑系统上行信道遍历容量上界，得到遍历容量上界与 统计信道信息之间的关系，遍历容量上界通过对瞬时容量公式内的行列式求期望得到，另 外对于多波束卫星移动通信系统，根据行列式性质，对行列式求期望等价于对各用户功率 衰减求期望，即求各用户平均功率衰减；由此得到信道遍历容量上界与波束增益和用户平 均功率衰减之间的关系；由于该容量上界十分逼近信道遍历容量，而信道遍历容量即为系 统可达和速率，以此为基础即可利用波束增益和用户平均功率衰减估计系统上行链路的可 达和速率。 基于统计信道信息的用户调度方法中，大量用户同时接入网络，用户间干扰会降 低系统吞吐量，系统需要对同时提出服务申请的用户进行合理安排，即用户调度。在多用户 多波束卫星移动通信系统中，以和速率最大为目标的用户调度，通过搜索在相同时频资源 上和速率最大的用户组合实现；为了实现和速率最大的用户调度，需要对被调度用户的可 达和速率进行评估，然后通过搜索找到可达和速率最大的用户组合。 有益效果：本专利技术具有如下优点： 1、可以在不知道瞬时信道状态信息的情况下，利用统计信道信息估计系统可达和 速率，即信道遍历容量。 2、所估计可达和速率逼近信道遍历容量。 3、以所提和速率估计方法为基础，实现以和速率最大为目标的用户调度，使系统 和速率得到提升。【附图说明】 图1是多波束卫星移动通彳目系统不意图。 图2是用户调度示意图。 图3是信道遍历容量和所提方案估计系统可达和速率比较，用户个数为19。 图4是用户调度前和用户调度后系统和速率比较，信噪比为5dB。 具体实施方法 本专利技术提供一种基于统计信道信息的多波束卫星移动通信系统上行信道遍历容 量估计方案，及以此为基础的用户调度方案。具体方案为： a.估计系统统计信道信息。在多波束卫星移动通信系统中，利用用户发送导频估 计用户所在波束及用户在波束中的位置，同时利用用户位置估计各用户与各波束间的波束 增益。并利用导频估计用户信号平均功率衰减。波束增益和用户平均功率衰减均属于统计 信道信息。 b.以多波束卫星移动通信信道遍历容量上界为理论基础，利用a所述统计信道信 息估计系统可达和速率。 c.利用b所述方法估计系统可达和速率，并通过贪婪搜索算法实现以和速率最大 为目标的用户调度。 卫星配备多波束阵列天线，形成多波束同时接收并解码多个用户的信号，用户间 无协作，各自独立发送信号，且发射功率相同。系统利用用户发送导频，估计用户所在波束 及在波束中的位置。并利用已知波束空间分布以及用户在波束中位置，估计各用户与各波 束间的波束增益。同时利用导频信号估计用户与卫星间的信号平均功率衰减。波束增益和 用户平均功率衰减均属于统计信道信息。卫星信道延时大，难以获取瞬时信道信息，而统计 信道信息受信道时延影响较小，所以在卫星移动通信系统中具有更大的实用价值。 考虑系统上行信道遍历容量上界，得到遍历容量上界与统计信道信息之间的关 系。信道遍历容量通过对信道瞬时容量求期望得到，但很难求得闭式解。遍历容量上界通 过对瞬时容量公式内的行列式求期望得到，另外对于多波束卫星移动通信系统，根据行列 式性质，对行列式求期望等价于对各用户功率衰减求期望，即求各用户平均功率衰减。所以 可以得到信道遍历容量上界与波束增益和用户平均功率衰减之间的关系。由于该容量上界 十分逼近信道遍历容量，而信道遍历容量即为系统理论可达和速率，以此为理论基础即可 利用波束增益和用户平均功率衰减估计系统上行链路的可达和速率。 大量用户同时接入网络，由于用户间干扰会严重降低系统吞吐量。所以系统需要 对同时提出服务申请的用户进行合理安排，利用不同的时频资源为其提供移动通信服务， 即用户调度。在多用户多波束卫星移动通信系统中，以和速率最大为目标的用户调度通过 搜索在相同时频资源上和速率最大的用户组合实现。为了实现和速率最大的用户调度，需 要对被调度用户的可达和速率进行评估，然后通过搜索找到可达和速率最大的用户组合。 评估被调度用户的可达和速率是该工作的关键。而估计用户可达和速率需要获取信道状态 信息。在卫星移动通信系统中，由于信道延时大难以实时获取准确的瞬时信道信息，所以考 虑利用权利要求3所述基于统计信道信息的和速率估计方法，进行用户调度。最后结合贪 婪搜索算法实现在多波束卫星移动通信系统中以和速率最大为目标的用户调度。 为了帮助说明本专利技术的具体实施步骤和直观地介绍本专利技术的有益效果，在附图中 将给出多波束卫星移动通信系统示意图、用户调度示意图和计算机仿真结果。计算机仿真 参数见表1，仿真所参考多波束卫星移动通信系统非本专利技术保护范围，在类似系统中使用所 提和速率估计方案和用户调度，同样属于本专利技术保护范围。 表1S波段GE0卫星本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多波束卫星移动通信系统容量估计及用户调度方法，其特征在于该方法为基于统计信道信息的用户调度方法，具体为：a.估计系统统计信道信息：在多波束卫星移动通信系统中，利用用户发送导频估计用户所在波束及用户在波束中的位置，然后利用用户位置估计各用户与各波束间的波束增益，同时还利用导频估计用户平均功率衰减，波束增益和用户平均功率衰减均属于统计信道信息；b.利用统计信道信息估计系统可达和速率，并以和速率最大为目标的进行基于统计信道信息的用户调度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高西奇，杨杨，江彬，巴特尔，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32