一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法技术

本发明专利技术公开了一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法，该方法利用在卫星端生成并维护的波束管理列表，利用波束提供的空间自由度，对于不同数据优先级以及干扰状况的用户进行干扰管理和波束协作，提升系统频谱效益，改善信号覆盖的连续性和增强信号质量的可控度。所述波束资源分配原则是尽可能满足各终端业务QoS，同时尽可能处理系统当前流入负荷即业务数据。即业务数据。即业务数据。

【技术实现步骤摘要】
一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法


[0001]本专利技术涉及多波束系统
，特别是涉及一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法。

技术介绍

[0002]对于物联网而言，其服务业务大多为短突发数据业务(Short Burst Data Services)，如海事物联网中船的位置、行驶速度、目的地等。为满足物联网通信的QoS需求，多波束卫星通信系统资源管理是一个关键环节。在一些卫星无线通信系统中，如用于国际海事通信的甚高频(VHF,Very High Frequency)数据交换系统VDES(VHF Data Exchange System)，目前已有公开的技术特性文档ITU
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R M.2092
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0和以IALA为代表的相关组织的技术研讨文档IALA G1139中，卫星采用的是单波束天线(如Yagi天线)。因为卫星高度高，在地球表面的覆盖面积(field of view)广大，因而频谱效率极低，在通信频谱资源缺乏、海事物联网设备日益增多的情况下，必然需要引入多波束全频率复用(full frequency reuse)卫星系统通过空间波束(spatial beams)增加区域频谱效率(spatial spectral efficiency)，弥补频谱的严重短缺。目前我国一个卫星的波束可达60多束，理论上，系统的容量可增加60倍。然而为保证波束间不留空隙(保证覆盖的连续性)，现实条件下波束之间无法避免重叠，因而无法做到完全正交而引入波束之间的干扰，比之单天线覆盖下的通信质量，不仅SINR会影响，连续性和均匀性都会受到损伤，甚至可能抵消多波束带来系统容量的增长。因此一套切实可行的多波束系统资源管理方案对能否充分获取多波束带来的好处极为关键，赖以保证多波束覆盖区域通信质量的一致性、均匀性，特别是波束边缘交界处通信的连续性，并满足不同海事业务QoS的要求。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法，用以解决
技术介绍
中的技术问题。本专利技术不仅可增加频谱资源的使用效率，更重要的是能更好的满足终端业务的QoS要求。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法，所述方法包括如下的步骤：
[0006]步骤S1、针对一多波束卫星通信系统，其包括一个卫星端和多个用户终端，该用户终端从下行信号中获取波束ID，卫星端下行信号根据不同的波束用相应的ID进行扰码；其中，当该多个用户终端中的某一用户终端需要对卫星端执行资源上传时，该用户终端向卫星端发送上行资源请求，并且该用户终端向获取到的多个不同波束的下行信号，选取其中信号强度最强的波束的ID，对资源请求信号进行扰码，在系统规定的资源上向卫星端发送该请求信号；
[0007]步骤S2、针对多个波束，所述的卫星端选择其中一个波束，根据该波束ID侦测所有
的上行资源请求信号并且记录其信号强度；
[0008]步骤S3、在所有的波束上，所述的卫星端重复执行步骤S2；
[0009]步骤S4、根据步骤S2以及步骤S3得到信号强度数据，构建干扰管理列表，其中，该干扰管理列表，其纵轴为用户终端的分类，其横轴为波束分类，或者，其纵轴为波束的分类，其横轴为用户终端分类，并且，设置一门限值，将低于该门限值的信号测量值置空；
[0010]步骤S5、根据步骤S4中的干扰管理列表以及调度器中用户业务数据信息，对所述的多个用户终端执行波束资源调度，其中，在执行波束资源调度时，需遵循如下的原则：尽可能满足各终端业务QoS，同时尽可能处理系统当前流入负荷；
[0011]步骤S6、对分配到不同波束的用户终端的上行信号进行扰码。
[0012]进一步的，在所述步骤S1中，所述的用户终端向卫星端发送上行资源请求时，该请求包括：数据包大小、QoS以及MAC ID，其中，该MAC ID为哈希后的ID，以减轻信号的负荷。
[0013]进一步的，在所述步骤S2中，卫星端在波束φ上，并且在系统规定的时频资源上，以φ为扰码侦测所有上行资源请求信号；
[0014]当一个用户终端x的上行资源请求信号在(φ,υ)上被卫星端检测到后，其检测器输出的信号强度表示为每单位资源能量，如下式所示：
[0015][0016]在该公式中，Ω是系统时频资源集合，是终端x在(φ,υ)上的信道增益，ρ
x
为终端x发射信号每单位资源能量。
[0017]进一步的，在所述步骤S5中，所述尽可能满足各终端业务QoS，同时尽可能处理系统当前流入负荷，其具体表示为：
[0018]根据优先级，于用户终端集合Λ中找到最大终端集合共享时隙ω，且满足：
[0019][0020]在该公式中，表示用户终端x分配到时频资源ω∈Ω，卫星在系统资源(Φ
x
,ω)上接收到的终端x信号的SINR，Φ
x
为参与联合接收用户终端x信号的波束集合，Γ为保证数据被卫星端成功接收概率大于某值的阈值。
[0021]进一步的，在所述步骤S6中，在执行扰码时，该扰码与波束编号无关，但与用户终端的MAC ID有关。
[0022]进一步的，在所述的多波束卫星通信系统中，不同波束上的信号通过不同的扰码序列来区别，该扰码序列为与波束编号有关的伪随机序列，其中，
[0023]对于下行信号，42
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bit掩码根据如下公式确定：
[0024][0025]为海事物联网中的移动通信业务标识码；n
beam
为多波束天线中波束的标识符。
[0026]进一步的，当有上行数据时，用户终端使用特定物理信道向卫星端发起资源请求，
其中，该特定物理信道为随机接入信道，并使用选定波束相关的伪随机序列作为此上行信号的扰码，其具体表示为：
[0027][0028]本专利技术的有益效果是：
[0029]通过本专利技术的技术方案，形成一套多波束上行资源管理方案，不仅可增加频谱资源的使用效率以提高系统容量，而且能更好的满足终端业务的QoS要求。
附图说明
[0030]图1为实施例1中提供的多波束卫星通信系统的模型示意图；
[0031]图2为实施例1中提供的多波束卫星通信系统的信号强度分布图；
[0032]图3为实施例1中提供的多波束卫星通信系统的SINR分布图；
[0033]图4为实施例1中提供的简化后的基于时隙为基本时频资源调度粒度的TDMA系统的模型示意图；
[0034]图5为实施例1中提供的执行上行资源调度方案的流程示意图；
[0035]图6为实施例1中提供的上行资源请求，其具体包括内容的示意图。
具体实施方式
[0036]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法，其特征在于，所述方法包括如下的步骤：步骤S1、针对一多波束卫星通信系统，其包括一个卫星端和多个用户终端，该用户终端从下行信号中获取波束ID，卫星端下行信号根据不同的波束用相应的ID进行扰码；其中，当该多个用户终端中的某一用户终端需要对卫星端执行资源上传时，该用户终端向卫星端发送上行资源请求，并且该用户终端向获取到的多个不同波束的下行信号，选取其中信号强度最强的波束的ID，对资源请求信号进行扰码，在系统规定的资源上向卫星端发送该请求信号；步骤S2、针对多个波束，所述的卫星端选择其中一个波束，根据该波束ID侦测所有的上行资源请求信号并且记录其信号强度；步骤S3、在所有的波束上，所述的卫星端重复执行步骤S2；步骤S4、根据步骤S2以及步骤S3得到信号强度数据，构建干扰管理列表，其中，该干扰管理列表，其纵轴为用户终端的分类，其横轴为波束分类，或者，其纵轴为波束的分类，其横轴为用户终端分类，并且，设置一门限值，将低于该门限值的信号测量值置空；步骤S5、根据步骤S4中的干扰管理列表以及调度器中用户业务数据信息，对所述的多个用户终端执行波束资源调度，其中，在执行波束资源调度时，需遵循如下的原则：尽可能满足各终端业务QoS，同时尽可能处理系统当前流入负荷；步骤S6、对分配到不同波束的用户终端的上行信号进行扰码。2.根据权利要求1所述的一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述的用户终端向卫星端发送上行资源请求时，该请求包括：数据包大小、QoS以及MAC ID，其中，该MAC ID为哈希后的ID，以减轻信号的负荷。3.根据权利要求2所述的一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法，其特征在于，在所述步骤S2中，卫星端在波束φ上，并且在系统规定的时频资源上，以φ为扰码侦测所有上行资源请求信号；当...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤肖虎，汪茂，张喆，
申请(专利权)人：上海航天电子通讯设备研究所，
类型：发明
国别省市：