一种星地融合网络资源分配方法组成比例

本发明专利技术涉及一种星地融合网络资源分配方法，属于无线通信技术领域。该方法包括以下步骤：S1：建模星地融合网络模型及业务模型；S2：建模用户关联及资源分配变量；S3：建模卫星及无人机信道模型；S4：建模链路传输速率；S5：建模EU和速率；S6：建模MU传输能耗；S7：建模系统资源分配约束条件；S8：建模系统回报函数；S9：建模系统状态及动作；S10：构建并训练DDQN网络；S11：基于DDQN算法确定系统资源分配策略。本发明专利技术通过联合优化用户关联、功率及子信道分配策略，实现系统累计奖励最大化。实现系统累计奖励最大化。实现系统累计奖励最大化。

【技术实现步骤摘要】
一种星地融合网络资源分配方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，涉及卫星通信
，具体涉及一种星地融合网络资源分配方法。

技术介绍

[0002]星地融合网络利用卫星网络与地面网络各自的优势，将两者进行融合，可为用户提供灵活的网络接入服务，实现用户服务质量及网络性能提升。为提高星地融合网络的资源利用率和通信性能，可采用资源分配技术，通过为用户分配不同时频资源，实现网络可用资源与用户通信需求的匹配。然而，星地融合网络用户需求多样化，卫星及地面网络复杂异构特性对系统资源的分配提出了挑战，如何综合考虑星地融合网络特性及多样化用户业务需求，设计高效的资源分配策略是星地融合网络的一个重要研究课题。
[0003]现有研究已考虑星地融合网络资源分配问题，但是较少研究考虑不同用户类型的高度差异化业务需求以及系统平均性能优化，导致资源分配方案性能严重受限。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种星地融合网络资源分配方法，针对包含一个多波束高通量卫星，多个无人机和多个用户的星地融合系统，建模系统累计奖励为优化目标，优化确定用户关联和资源分配策略，提高系统综合性能。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种星地融合网络资源分配方法，具体包括以下步骤：
[0007]S1：建模星地融合网络模型及业务模型，以及用户关联及功率分配变量；
[0008]S2：建模卫星及无人机信道模型；
[0009]S3：建模链路传输速率；
[0010]S4：建模EU和速率和MU传输能耗；
[0011]S5：建模系统功率分配约束条件；
[0012]S6：建模系统回报函数、系统状态及动作；
[0013]S7：构建并训练DDQN网络，其中DDQN表示双深度Q网络；
[0014]S8：利用训练完成的DDQN网络确定系统资源分配策略。
[0015]进一步，步骤S1中，建模星地融合网络模型及业务模型，具体包括：系统包含一个多波束高通量卫星，K个无人机及多个EU和MU，U
k
表示第k个UAV，1≤k≤K，EU和MU随机地分布在无人机的覆盖范围内，通过接入无人机或卫星获取数据，令EU
i
表示第i个EU用户，1≤i≤M1；MU
j
表示第j个MU用户，1≤j≤M2；M1及M2分别表示EU及MU的数目；令S
j
表示MU
j
需传输的数据量；假设MU是仅能接入无人机传输数据的用户，EU是能选择接入卫星或无人机传输数据的用户；
[0016]令N表示卫星的波束数目，波束间采用频率复用技术；系统总时间为T，将T划分为等长的时隙，每个时隙长度为τ，令P
s,tot
表示卫星总功率，P
max
表示卫星单个波束最大发射功
率，B
s
表示卫星每个子信道的带宽，表示卫星第a个子信道的载波频率，1≤a≤A，A为卫星的子信道数目；P
k,tot
表示U
k
的总功率，B
u
表示UAV各子信道的带宽，f
lu
表示U
k
第l个子信道的载波频率，1≤l≤L；L为UAV的子信道数目；
[0017]建模用户关联及资源分配变量，具体包括：令α
t,n,a,i
表示t时隙EU
i
的卫星关联及子信道分配变量，若t时隙卫星波束n占用子信道a与EU
i
通信，则α
t,n,a,i
＝1，反之，α
t,n,a,i
＝0；令β
t,k,l,i
表示t时隙EU
i
的无人机关联变量，若t时隙U
k
占用子信道l与EU
i
用户通信，则β
t,k,l,i
＝1，反之，β
t,k,l,i
＝0；δ
t,k,l,j
表示t时隙MU
j
的关联向量，若t时隙U
k
占用子信道l与MU
j
用户通信，则δ
t,k,l,j
＝1，反之，δ
t,k,l,j
＝0；
[0018]建模功率分配变量，具体包括：令表示t时隙卫星波束n的发送功率向量，其中表示t时隙波束n占用子信道a传输信号到EU
i
对应的发送功率；令表示t时隙U
k
传输消息至EU的发送功率向量，其中表示t时隙U
k
占用子信道l发送信道到EU
i
所对应的发送功率；令表示t时隙U
k
传输信息至MU的发送功率分配向量，其中表示t时隙U
k
占用子信道l传输信号到MU
j
所对应的发送功率。
[0019]进一步，步骤S2中，建模卫星及无人机信道模型，具体包括：
[0020](1)建模卫星信道：令表示t时隙卫星波束n与EU
i
之间的链路在子信道a的信道增益，建模为其中，表示t时隙卫星到地面链路的雨衰系数；表示接收天线增益，建模为：
[0021][0022]其中，u
t,n,i
＝2.07123sin(θ
t,n,i
)/sin(θ
3dB
)，其中θ
t,n,i
表示t时隙卫星波束n与EU
i
的接收天线的方位角，θ
3dB
为3dB波束带宽对应的角度，g
max,r
为接收天线最大增益，J1(
·
)表示一阶贝塞尔函数，J3(
·
)表示三阶贝塞尔函数；
[0023]表示卫星发射天线增益，建模为：其中φ
n
为波束n对应的天线波束宽度，δ＜＜1；
[0024]为t时隙卫星占用子信道a发送信号至EU
i
对应链路的自由空间损耗，建模为其中c为光速，为t时隙卫星到EU
i
的距离；
[0025](2)建模无人机信道：令表示t时隙U
k
与EU
i
之间的链路在子信道l的信道增益，
建模为其中，表示t时隙U
k
与EU
i
之间的距离；令表示t时隙U
k
与MU
j
之间的链路在子信道l的信道增益，建模为其中，表示U
k
与MU
j
之间的距离。
[0026]进一步，步骤S3中，建模链路传输速率，具体包括：
[0027](1)令R
t,n,a,i
表示t时隙卫星波束n占用子信道a传输数据至EU
i
所对应的传输速率，建模为：其中，σ2为噪声功率；
[0028](2)令表示t时隙U...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星地融合网络资源分配方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：S1：建模星地融合网络模型及业务模型，以及用户关联及功率分配变量；S2：建模卫星及无人机信道模型；S3：建模链路传输速率；S4：建模EU和速率和MU传输能耗；S5：建模系统功率分配约束条件；S6：建模系统回报函数、系统状态及动作；S7：构建并训练DDQN网络，其中DDQN表示双深度Q网络；S8：利用训练完成的DDQN网络确定系统资源分配策略。2.根据权利要求1所述的星地融合网络资源分配方法，其特征在于，步骤S1中，建模星地融合网络模型及业务模型，具体包括：系统包含一个多波束高通量卫星，K个无人机及多个EU和MU，U
k
表示第k个UAV，1≤k≤K，EU和MU随机地分布在无人机的覆盖范围内，通过接入无人机或卫星获取数据，令EU
i
表示第i个EU用户，1≤i≤M1；MU
j
表示第j个MU用户，1≤j≤M2；M1及M2分别表示EU及MU的数目；令S
j
表示MU
j
需传输的数据量；假设MU是仅能接入无人机传输数据的用户，EU是能选择接入卫星或无人机传输数据的用户；令N表示卫星的波束数目，波束间采用频率复用技术；系统总时间为T，将T划分为等长的时隙，每个时隙长度为τ，令P
s,tot
表示卫星总功率，P
max
表示卫星单个波束最大发射功率，B
s
表示卫星每个子信道的带宽，表示卫星第a个子信道的载波频率，1≤a≤A，A为卫星的子信道数目；P
k,tot
表示U
k
的总功率，B
u
表示UAV各子信道的带宽，f
lu
表示U
k
第l个子信道的载波频率，1≤l≤L；L为UAV的子信道数目；建模用户关联及资源分配变量，具体包括：令α
t,n,a,i
表示t时隙EU
i
的卫星关联及子信道分配变量，若t时隙卫星波束n占用子信道a与EU
i
通信，则α
t,n,a,i
＝1，反之，α
t,n,a,i
＝0；令β
t,k,l,i
表示t时隙EU
i
的无人机关联变量，若t时隙U
k
占用子信道l与EU
i
用户通信，则β
t,k,l,i
＝1，反之，β
t,k,l,i
＝0；δ
t,k,l,j
表示t时隙MU
j
的关联向量，若t时隙U
k
占用子信道l与MU
j
用户通信，则δ
t,k,l,j
＝1，反之，δ
t,k,l,j
＝0；建模功率分配变量，具体包括：令表示t时隙卫星波束n的发送功率向量，其中表示t时隙波束n占用子信道a传输信号到EU
i
对应的发送功率；令表示t时隙U
k
传输消息至EU的发送功率向量，其中表示t时隙U
k
占用子信道l发送信道到EU
i
所对应的发送功率；令表示t时隙U
k
传输信息至MU的发送功率分配向量，其中表示t时隙U
k
占用子信道l传输信号到MU
j
所对应的发送功率。3.根据权利要求2所述的星地融合网络资源分配方法，其特征在于，步骤S2中，建模卫星及无人机信道模型，具体包括：(1)建模卫星信道：令表示t时隙卫星波束n与EU
i
之间的链路在子信道a的信道增益，建模为其中，表示t时隙卫星到地面链路的雨衰系数；表示接收天线增益，建模为：
其中，u
t,n,i
＝2.07123sin(θ
t,n,i
)/sin(θ
3dB
)，其中θ
t,n,i
表示t时隙卫星波束n与EU
i
的接收天线的方位角，θ
3dB
为3dB波束带宽对应的角度，g
max,r
为接收天线最大增益，J1(
·
)表示一阶贝塞尔函数，J3(
·
)表示三阶贝塞尔函数；表示卫星发射天线增益，建模为：其中φ
n
为波束n对应的天线波束宽度，δ＜＜1；为t时隙卫星占用子信道a发送信号至EU
i
对应链路的自由空间损耗，建模为其中c为光速，为t时隙卫星到EU
i
的距离；(2)建模无人机信道：令表示t时隙U
k
与EU
i
之间的链路在子信道l的信道增益，建模为其中，表示t时隙U
k
与EU
i
之间的距离；令表示t时隙U
k
与MU
j
之间的链路在子信道l的信道增益，建模为其中，表示U
k
与MU
j
之间的距离。4.根据权利要求3所述的星地融合网络资源分配方法，其特征在于，步骤S3中，建模链路传输速率，具体包括：(1)令R...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴蓉，张思雅，陈前斌，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：