【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信，尤其涉及一种在毫米波环境中geo卫星根据降雨衰减情况分配时隙资源的方法。
技术介绍
1、在传统的低频频段中，卫星通信可使用的频段资源日渐短缺。毫米波频段由于其自身优势受到广泛关注，利用毫米波频段进行卫星通信存在降雨衰减的问题，严重时会造成通信链路的中断。跳波束卫星在时隙、带宽、功率等多方面对资源进行灵活分配，在抗干扰和灵活性方面具有很大优势。
2、文献1“c.-x.wang,j.huang,h.wang,x.gao,x.you and y.hao,"6g wirelesschannel measurements and models:trends and challenges,"ieee vehiculartechnology magazine,vol.15,no.4,pp.22-32,dec.2020.”介绍了所有频段和所有场景下的6g无线信道模型，重点关注了毫米波卫星通信，指出毫米波卫星通信会存在更为严重的路径损耗、降雨衰减等问题。
3、文献2“c.zhang,x.zhao and g.zhang,"joint precoding schemes forflexible resource allocation in high throughput satellite systems based onbeam hopping,"china communications,vol.18,no.9,pp.48-61,sept.2021.”在传统的低频频段提出了联合跳波束预编码算法，与传
4、文献3“q.wang,h.zhang,j.-b.wang,f.yang and g.y.li,"joint beamformingfor integrated mmwave satellite-terrestrial self-backhauled networks,"in ieeetransactions on vehicular technology,vol.70,no.9,pp.9103-9117,sept.2021.”介绍了在毫米波频段下运行的星地网络，在满足用户qos要求以及功率等方面要求时，最大化地面用户速率。
5、综上，现有技术存在低频频段资源短缺以及在毫米波频段进行geo星地通信降雨衰减的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于避免现有技术的不足提供建立以最大化供需比为目标的时隙资源分配模型，在毫米波环境下，优先保证降雨大的波束的时隙分配，满足地面用户的业务需求量的毫米波环境下基于跳波束的geo卫星时隙资源分配方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种毫米波环境下基于跳波束的geo卫星时隙资源分配方法，包括如下步骤：
3、步骤一：在所述的跳波束卫星系统中，将不同的降雨程度划分为不同的降雨等级，对不同降雨等级所对应的信号衰减程度进行仿真，得到不同降雨等级下，所述信号的载波频率和衰减量关系图，进而得到同一载波频率下，不同降雨等级对应的信号衰减值，将所述信号衰减值占总衰减值的比例值定义为对应工作波束i的波束权重因子ω，则有不同的降雨等级对应的波束权重因子为：
4、
5、其中，k为工作波束i的个数；
6、步骤二：将所述跳波束卫星系统的时隙资源分配问题建模为以下最大化供需比的优化问题，即为时隙资源分配模型：
7、
8、
9、式中：ωi为工作波束i所覆盖的地面用户业务的波束权重因子，ri为工作波束i所覆盖的地面用户业务需求量；si为在分配时间周期里卫星提供给工作波束i的容量；nb为覆盖地面区域内工作波束i的个数；nmax为同一时隙最多可同时工作波束i的个数；ni为每个工作波束i分配的时隙总数；ti,j为时隙分配矩阵元素；w为时间窗；
10、步骤三：随机初始化时隙分配矩阵为：
11、
12、其中，矩阵元素tij＝1时代表波束i在时隙j处于工作状态，tij＝0时代表波束i在时隙j不工作；
13、采用离散的粒子群算法对所述时隙资源分配模型进行求解，输出得到时隙分配矩阵。
14、进一步的，在所述的步骤二中：在所述的毫米波环境下的跳波束卫星系统中，将geo卫星所产生的波束进行均匀分簇，定义分簇的个数为nc，簇内的波束个数为nm，簇内的波束个数nm与不同的降雨等级数量相对应；
15、则在同一时隙，一个波束簇内点亮一个波束，点亮的波束即为工作波束i，则k个工作波束i终端的流量需求r为：
16、r＝[r1,…,rk]，
17、进而的，同一时隙最多同时工作的波束个数为nmax，则有：
18、nmax＝nc。
19、进一步的，步骤二中所述在分配时间周期里卫星提供给工作波束i的容量si的是由以下步骤得到的：
20、首先，根据门限法以及三个原则，对dvb-s2标准中的编码调制方式进行简化和优化选择，得到与所述不同降雨等级对应的发射信号的编码调制方式；
21、然后，将一种编码调制方式对应一个发射信号频谱效率，则不同编码调制方式对应的频谱效率为：
22、η＝[η1,…,ηk]；
23、最后，根据所述跳波束卫星系统中卫星总带宽b，所述的频谱效率η，利用卫星供给容量计算公式，计算得到所述的容量si：
24、
25、式中：si为在分配时间周期里卫星提供给波束i的容量；b为卫星总带宽；ηij为不同波束在不同时隙对应的频谱效率值；tij代表不同波束在不同时隙下的工作状态。
26、进一步的，在所述dvb-s2标准中给出的前向链路的编码调制方式，采用所述门限法以及相关原则，选取所述的不同降雨等级的至少5个等级对应的至少5个编码调制方式子集，则有所述簇内的波束个数nm＝5，最终得到时隙分配矩阵包括至少128个时隙。
27、进一步的，所述降雨量的不同等级包括五个等级，分别为：晴朗、小雨、中雨、大雨和暴雨，其中，所述小雨的最高雨量为1mm/h，中雨的雨量大于1mm/h，且在1-5mm/h的范围内；大雨的雨量大于5mm/h，且在5-15mm/h范围内；暴雨的雨量大于15mm/h，且在15-50mm/h范围内。
28、进一步的，所述卫星系统总带宽b＝200mhz，只对一个波束簇内的情况进行考虑，则同一时隙最多可同时工作的波束个数nmax＝1，时间窗w＝128，波束权重因子ω为0～1，不同调制编码方式对应的频谱效率η为0.49～4.45，不同波束地面终端的业务需求量r为10mbps～1024mbps；信号的载波频率为30～75ghz。
29、本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种在geo星地通信网络中，跳波束geo卫星在毫米波降雨衰减环境下采用自适应本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种毫米波环境下基于跳波束的GEO卫星时隙资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的毫米波环境下基于跳波束的GEO卫星时隙资源分配方法，其特征在于，
3.如权利要求1所述的毫米波环境下基于跳波束的GEO卫星时隙资源分配方法，其特征在于，步骤二中所述在分配时间周期里卫星提供给工作波束i的容量Si的是由以下步骤得到的：
4.如权利要求3所述的毫米波环境下基于跳波束的GEO卫星时隙资源分配方法，其特征在于，在所述DVB-S2标准中给出的前向链路的编码调制方式，采用所述门限法及三原则，选取所述的不同降雨等级的至少5个等级对应的至少5个编码调制方式子集。
5.如权利要求1所述的毫米波环境下基于跳波束的GEO卫星时隙资源分配方法，其特征在于，所述降雨量的不同等级包括五个等级，分别为：晴朗、小雨、中雨、大雨和暴雨，其中，所述小雨的最高雨量为1mm/h，中雨的雨量大于1mm/h，且在1-5mm/h的范围内；大雨的雨量大于5mm/h，且在5-15mm/h范围内；暴雨的雨量大于15mm/h，且在15-50mm/h范围内。>
6.如权利要求1-5任一所述的毫米波环境下基于跳波束的GEO卫星时隙资源分配方法，其特征在于，所述卫星系统总带宽B＝200MHz，只对一个波束簇内的情况进行考虑，则同一时隙最多可同时工作的波束个数Nmax＝1，时间窗W＝128，波束权重因子ω为0～1，不同调制编码方式对应的频谱效率η为0.49～4.45，不同波束地面终端的业务需求量R为10Mbps～1024Mbps；信号的载波频率为30～75GHz。
7.如权利要求6所述的毫米波环境下基于跳波束的GEO卫星时隙资源分配方法，其特征在于，所述的信号载波频率为40GHz，则得到的不同的降雨等级对应的波束权重因子为：
...【技术特征摘要】
1.一种毫米波环境下基于跳波束的geo卫星时隙资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的毫米波环境下基于跳波束的geo卫星时隙资源分配方法，其特征在于，
3.如权利要求1所述的毫米波环境下基于跳波束的geo卫星时隙资源分配方法，其特征在于，步骤二中所述在分配时间周期里卫星提供给工作波束i的容量si的是由以下步骤得到的：
4.如权利要求3所述的毫米波环境下基于跳波束的geo卫星时隙资源分配方法，其特征在于，在所述dvb-s2标准中给出的前向链路的编码调制方式，采用所述门限法及三原则，选取所述的不同降雨等级的至少5个等级对应的至少5个编码调制方式子集。
5.如权利要求1所述的毫米波环境下基于跳波束的geo卫星时隙资源分配方法，其特征在于，所述降雨量的不同等级包括五个等级，分别为：晴朗、小雨、中雨、大雨和暴雨，其中，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：樊晔，张悦颖，姚如贵，左晓亚，李童，
申请(专利权)人：西北工业大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：
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