一种跳波束资源分配方法及系统

本申请涉及卫星通信，特别是涉及一种跳波束资源分配方法及系统。

背景技术：

1、随着第五代移动通信技术(the fifth generation mobile networks，简称5g)等通信技术的不断发展，终端设备的数量激增，终端设备对通信服务的需求也持续增长。然而，地面蜂窝网络的覆盖能力有限，特别是在偏远地区、海洋和空中等难以覆盖的区域，地面蜂窝网络无法满足通信需求。

2、目前，跳波束资源分配系统作为一种能够提供全球通信和互联网服务的技术，受到了广泛关注。由于跳波束资源分配系统的运行轨道高度较低，因此为了实现对地面的全面覆盖，通常会密集部署数百颗卫星。

3、然而，这种密集部署会导致卫星之间的干扰问题，特别是在相邻卫星波束覆盖范围重叠的区域，终端设备会受到显著的同信道干扰，导致通信质量下降。此外，为了缓解频谱资源紧张的状况，跳波束资源分配系统大量使用毫米波频段，并采用全频率复用方式。这种做法虽然提高了频谱利用率，但同时也加剧了星内波束之间的干扰，同样导致通信质量下降。

技术实现思路

1、基于上述问题，本申请提供了一种跳波束资源分配方法及系统，能够提高通信质量。

2、本申请实施例公开了如下技术方案：

3、第一方面，本申请提供了一种跳波束资源分配方法，所述方法包括：

4、根据多波束低轨卫星覆盖的所有用户小区之间的距离信息，确定待分配小区；

5、获取所述待分配小区的额定吞吐量，所述额定吞吐量为每个时隙内所述多波束低轨卫星为所述待分配小区提供的吞吐量；

6、根据所述额定吞吐量与所述待分配小区的需求吞吐量，进行跳波束资源分配。

7、可选地，所述根据多波束低轨卫星覆盖的所有用户小区之间的距离信息，确定待分配小区，包括：

8、从所述多波束低轨卫星覆盖的所有用户小区中，选择k个用户小区作为待分配小区，其中，所述k个用户小区之间的两两距离均大于距离阈值。

9、可选地，所述获取所述待分配小区的额定吞吐量，包括：

10、获取所述待分配小区的信道系数；

11、根据所述待分配小区的信道系数，确定所述待分配小区的信噪比；

12、若在目标时隙内所述待分配小区被所述多波束低轨卫星发出的波束覆盖，则根据所述待分配小区的信噪比，确定所述待分配小区的额定吞吐量，所述信噪比与所述额定吞吐量呈正相关。

13、可选地，所述额定吞吐量的确认公式具体如下：

14、

15、其中，为待分配小区n在目标时隙t的额定吞吐量，b为带宽，为待分配小区n在目标时隙t的信噪比。

16、可选地，所述根据所述额定吞吐量与所述待分配小区的需求吞吐量，进行跳波束资源分配，包括：

17、将所述额定吞吐量和所述待分配小区的需求吞吐量输入至资源分配模型，得到资源分配动作，所述资源分配模型为深度q网络模型；

18、根据所述资源分配动作，进行跳波束资源分配。

19、可选地，所述资源分配模型的构建方法具体如下：

20、将当前状态和动作空间输入至所述深度q网络模型，得到在所述当前状态下的所述动作空间中的所有动作对应的预测奖励值，所述当前状态包括训练额定吞吐量和训练需求吞吐量，所述动作空间中的所有动作与所述待分配小区在所述所有用户小区内的分布位置相关；

21、将第一动作输入所述深度q网络模型，得到在所述当前状态下的所述第一动作对应的实际奖励值，所述第一动作是所述预测奖励值的最大值对应的动作；

22、根据所述实际奖励值，更新所述当前状态，得到更新后的状态；

23、根据所述当前状态、所述第一动作、所述实际奖励值和所述更新后的状态，训练所述深度q网络模型，得到资源分配模型。

24、可选地，所述第一动作的确认公式具体如下：

25、

26、其中，st为目标时隙t时的当前状态，at为目标时隙t时的动作，为期望值，rt为目标时隙t时的额定吞吐量，γ为折扣函数。

27、可选地，所述方法还包括：

28、根据所述当前状态和所述动作空间，获取目标奖励值；

29、将所述目标奖励值和所述实际奖励值代入损失函数中，得到损失函数的值；

30、根据所述损失函数的值，更新所述资源分配模型。

31、可选地，所述目标奖励值的确认公式具体如下：

32、

33、其中，st+1为在目标时隙t时、当前状态st下，执行目标时隙t时的第一动作at后状态更新得到的时隙t+1时的更新后的状态，at+1为时隙t+1时的动作，rt+1为时隙t+1时的额定吞吐量，γ为折扣函数，θ-是深度q网络模型的参数。

34、第二方面，本申请提供了一种跳波束资源分配系统，所述系统包括多波束低轨卫星和跳波束控制器；

35、所述跳波束控制器，用于根据所述多波束低轨卫星覆盖的所有用户小区之间的距离信息，确定待分配小区；获取所述待分配小区的额定吞吐量，所述额定吞吐量为每个时隙内所述多波束低轨卫星为所述待分配小区提供的吞吐量；根据所述额定吞吐量与所述待分配小区的需求吞吐量，进行跳波束资源分配。

36、相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：

37、本申请实施例提供了一种跳波束资源分配方法及系统，该跳波束资源分配方法包括：根据多波束低轨卫星覆盖的所有用户小区之间的距离信息，确定待分配小区；获取待分配小区的额定吞吐量，额定吞吐量为每个时隙内多波束低轨卫星为待分配小区提供的吞吐量；根据额定吞吐量与待分配小区的需求吞吐量，进行跳波束资源分配。由此，能够有效降低多波束低轨卫星的星内干扰和星间干扰问题，能够满足地面大量非均匀用户的吞吐量需求，提升了通信质量，且提高了低轨卫星资源利用率。

技术特征：

1.一种跳波束资源分配方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据多波束低轨卫星覆盖的所有用户小区之间的距离信息，确定待分配小区，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述待分配小区的额定吞吐量，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述额定吞吐量的确认公式具体如下：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述额定吞吐量与所述待分配小区的需求吞吐量，进行跳波束资源分配，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述资源分配模型的构建方法具体如下：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一动作的确认公式具体如下：

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述目标奖励值的确认公式具体如下：

10.一种跳波束资源分配系统，其特征在于，所述系统包括多波束低轨卫星和跳波束控制器；

技术总结本申请实施例提供了一种跳波束资源分配方法及系统，涉及卫星通信技术领域。该跳波束资源分配方法包括：根据多波束低轨卫星覆盖的所有用户小区之间的距离信息，确定待分配小区；获取待分配小区的额定吞吐量，额定吞吐量为每个时隙内多波束低轨卫星为待分配小区提供的吞吐量；根据额定吞吐量与待分配小区的需求吞吐量，进行跳波束资源分配。由此，能够有效降低多波束低轨卫星的星内干扰和星间干扰问题，能够满足地面大量非均匀用户的吞吐量需求，提升了通信质量，且提高了低轨卫星资源利用率。技术研发人员：杨巧丽,李瑞,黄炜,叶淦华,魏鹏,王恒,吕蓉,王永刚受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18