一种多波束卫星同频组网系统的多维资源联合分配方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113644964A(43)申请公布日2021.11.12(21)申请号202110905904.9(22)申请日2021.08.06(71)申请人北京邮电大学地址100876北京市海淀区西土城路10号申请人中国电子科技集团公司第五十四研究所(72)发明人崔高峰王亚楠胡东伟王力男徐媛媛段鹏飞王卫东(74)专利代理机构北京永创新实专利事务所11121代理人周长琪(51)Int.Cl.H04B7/185(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种多波束卫星同频组网系统的多维资源联合分配方法(57)摘要本发明是一种多波束卫星同频组网系统的多维资源联合分配方法，属于卫星通信技术领域。本发明先为多波束卫星同频组网系统中下行数据传输场景进行建模，对场景中卫星的频率资源进行全频复用，再针对用户级的资源分配进行用户的时隙、带宽和功率资源的联合分配，将分配过程建模为马尔科夫过程，将多波束卫星通信系统作为环境状态，输入近端策略优化PPO网络进行交互，利用PPO网络选择当前时隙要服务的用户并为用户分配带宽和功率资源。本发明方法通过在每一时隙内选择协调调度用户以及为用户合理分配频率和功率资源，实现在全频率复用的场景下也保持较小的用户间同频干扰，提升了同频复用场景下的数据传输速率，达到了最小化系统时延的目的。CN113644964ACN113644964A权利要求书1/1页1.一种多波束卫星同频组网系统的多维资源联合分配方法，用于实现多波束GEO卫星同频组网系统下行数据传输场景中的用户资源分配，其特征在于，包括如下步骤：(1)对多波束卫星同频组网系统中用户资源的分配情况进行建模，包括：设多波束卫星同频组网系统中总波束数量为K，每波束中包含N个用户，将卫星系统总频率资源Btot平均分成Mmax个信道，每个信道占用的带宽Bc＝Btot/Mmax，设卫星在t时隙选择服务的用户集合为Ut，设用户uk,n代表波束k内用户n，k∈[1,2,…K]，n∈[1,2,…N]，设为用户uk,n分配的带宽Bk,n＝M×Bc，其中M＝0,1,2,...,Mmax；设卫星系统总功率资源为Ptot，为用户分配的功率的大小分为两个级别，分别为Phigh和Plow；(2)将对用户级的时隙、带宽和功率资源的联合分配过程建模为马尔科夫过程，将多波束卫星通信系统作为环境状态，输入近端策略优化PPO网络进行交互，PPO网络选择当前时隙要服务的用户并为用户分配带宽和功率资源，包括如下：(2.1)获取当前多波束卫星同频组网系统的环境信息，得到当前t时隙的状态向量st＝{Ut,Lt,Dt,Wt,Vt}；其中，Ut为当前t时隙服务的用户集合，Lt为t时隙的用户位置的集合，Dt为t时隙的用户未处理的数据量大小集合，将Ut、Lt和Dt都表示为K×N的矩阵；Ut中第k行第n列的元素代表用户uk,n在t时隙是否被服务，值为1代表被服务，值为0代表未被服务；Lt中第k行第n列的元素代表用户uk,n的位置，取值为1代表用户uk,n处在波束k的中心区域，取值为0代表用户uk,n处在波束k的边缘区域；Dt中第k行第n列的元素记录用户uk,n在t时隙剩余还未处理的数据量；Wt为卫星系统的带宽资源占用矩阵，Vt为卫星系统的功率资源占用矩阵；(2.2)设计卫星系统在t时隙的动作表示为at＝{qk,m,pk,m},k＝1,2,...K,m＝1,2,...M；其中，qk,m为波束k中子信道m选择服务的用户编号，若在t时隙子信道m空闲则qk,m＝0；pk,m取值为Phigh或Plow，表示分配给波束k中信道m的功率等级；(2.3)设计系统奖励值，如下：在t时隙，若用户uk,n存在未处理数据且在当前时隙未被调度，设置用户uk,n对应的奖励值rk,n为‑5；若用户uk,n存在未处理数据且在当前时隙被调度，设置用户uk,n对应的奖励值rk,n为用户的数据传输速率Ck,n；若用户uk,n数据已被传输完成，设置用户uk,n对应的奖励值rk,n为0；则在t时隙获得总奖励值(2.4)将状态向量、动作、奖励和下一时隙的状态向量作为经验向量存储，随机批量采样经验向量训练PPO网络，利用训练好的PPO网络进行用户资源分配。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(2.4)中，设置PPO网络隐藏层数为两层，每层神经元个数为64，使用tanh作为激活函数，经验池容量为2048，每次抽样数量为64，clip参数取值0.1，采用Adam优化器优化，学习速率设置为1e‑4。2CN113644964A说明书1/6页一种多波束卫星同频组网系统的多维资源联合分配方法技术领域[0001]本发明属于卫星通信技术领域，具体涉及一种多波束卫星同频组网系统的