CN102740478A - 一种位置信息辅助的卫星信道分配方法 - Google Patents

Abstract

一种位置信息辅助的卫星信道分配方法，利用不同信道在不同位置的适应情况，使信道在波束间的分配能够获得最大的信道和配置相匹配的效果；在某个波束内为某个位置的用户分配时选择与位置最匹配的信道以获得好的信道特性，并减少信道切换的概率。该方法充分利用了信道和位置的匹配特性，能够提高整个系统的性能，降低系统频繁切换的开销。

Description

一种位置信息辅助的卫星信道分配方法

技术领域

本发明涉及一种位置信息辅助的卫星信道分配方法，使信道的分配能够根据不同地理位置的具体信道适应情况进行分配，达到有效分配卫星信道的目的，属于无线资源分配技术领域。

背景技术

目前，卫星信道分配方法是从可用的信道中按顺序或者随机取用信道，当信道质量下降到一定程度时再切换到别的可用信道，切换到的目的信道的选用也是从可用的信道中按顺序或者随机取用信道。这种分配方法对所有信道不做区分，所有信道在卫星波束覆盖的区域都有均等的选用概率。

静止轨道卫星轨道高度高，链路的路径损耗大，信号强度小。在这种情况下，较小的干扰就会对信号产生严重的影响。随着地面无线应用的不断增多，地面干扰对卫星和地面终端的接收性能的影响越来越严重，传统的方法实际上对所有信道在地域上是一种等概的分配方法。实际上，地面的干扰在不同的地理位置上有不同的特征，并不是所有地域的无线干扰都是一样的。所以传统的不加地域区分的信道选择方法并没有有效利用不同地理位置的干扰特征信息，如果利用地理区分的信息能够增加所选择的信道的可用性，减少信道因为信道质量变坏而切换信道的概率，降低系统开销。

位置特性在卫星通信中是一种重要的信息，目前的信道分配策略很少考虑按照位置特性来辅助信道分配。本发明在静止轨道卫星通信的场景下，考虑不同覆盖位置中不同频段的信道在时空二维空间的统计特性，利用这种信息，辅助信道分配。在初始信道分配和信道切换时，候选信道根据不同信道在不同位置上的可用度信息来排序，以提高信道分配对不同覆盖位置的适应性，最终达到提高通信质量，减少频繁切换，降低系统开销的效果。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种位置信息辅助的卫星信道分配方法，使信道的分配能够根据不同地理位置的具体信道适应情况进行分配，达到有效分配卫星信道的目的。

本发明的技术解决方案是：

一种位置信息辅助的卫星信道分配方法，步骤如下：

(1)将卫星所覆盖的区域进行分区；

(2)估算每个分区上所有信道的匹配度值，生成信道与地理位置匹配度表为

(3)将卫星信道在所有波束之间进行分配；

(4)当有用户接入时，在用户所在的波束内为用户分配信道。

步骤(2)中所述估算每个分区上所有信道的匹配度值可以通过最小二乘法或者最大似然估计法得到。

所述步骤(3)中将卫星信道在所有波束之间进行分配具体为：选择和

使得

和

满足条件

得到卫星为M_i分配的上行信道的集合为

卫星为M_i分配的下行信道的集合为

其中，M为卫星的波束总数，M_i为每个波束所覆盖的分区的集合，表示卫星为M_i分配的上行信道的集合，

表示卫星为M_i分配的下行信道的集合；

表示

内所有信道的匹配度的和，

表示内所有信道的匹配度的和，n为卫星的信道；

步骤(4)中所述在用户所在的波束内为用户分配信道具体为：

在用户所在的波束内，根据波束内可用信道在用户所处分区上的匹配度的值，选用匹配度值最高的信道作为该用户的信道。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明信道分配方法优化了信道在不同地面位置上的适应性，提高了系统性能，减小了信道频繁切换的开销，其中卫星信道与位置匹配度的估计需要利用不同位置上不同信道使用的历史数据，以参数估计的方法将匹配度估计出来；信道分配策略利用了信道与位置的匹配度的估计值，按照整个卫星信道和位置的匹配度最大化的准则将信道在波束间分配；在某个波束内给某个位置的终端分配信道时选择可用信道中与该终端位置最匹配的信道。

附图说明

图1卫星对地面的覆盖示意图

图2卫星覆盖域分区图

图3一个波束内分区示意图

图4为本发明流程图

具体实施方式

本发明提供的信道分配方法优化了信道在不同地面位置上的适应性，提高了系统性能，减小了信道频繁切换的开销，其中卫星信道与位置匹配度的估计需要利用不同位置上不同信道使用的历史数据，以参数估计的方法将匹配度估计出来；信道分配策略利用了信道与位置的匹配度的估计值，按照整个卫星信道和位置的匹配度最大化的准则将信道在波束间分配；在某个波束内给某个位置的终端分配信道时选择可用信道中与该终端位置最匹配的信道。

静止轨道卫星对地面的覆盖如图1所示，卫星以多波束天线覆盖地面，每个波束覆盖一定的地域，图中每个圆圈表示一个波束所覆盖的区域，所有波束覆盖的区域称为卫星服务区域，即卫星覆盖区域。相隔一定距离的波束间频率资源可以复用，相邻波束间不能复用频率资源，当一个波束下的负载过重时可以从相邻波束借用信道.本发明中的信道指的是频率资源，在表述不引起歧义的情况下，本发明中的卫星都指静止轨道卫星。卫星服务区域的每个地面终端都处在一个波束中，由所在的波束为其分配上行和下行信道，本发明中上行和下行信道统一称为信道。

在传统信道分配方法下，整个卫星的信道在波束之间进行复用方案的分配。完成信道的波束间复用分配后，每个波束都获得了自己的资源，将分配到的信道放入信道资源池中，当有用户接入时从信道池中取用一个信道，因为信道质量下降进行信道切换时，也从信道池中取用一个信道，当用户使用完成时将信道放回信道池。

整个卫星信道资源的分配涉及两个层面的问题：一个是将全部信道资源在波束间进行分配；另一个是在波束内用户到来时从波束的信道池中选用信道资源给用户，这也包括了波束内用户信道切换时切换信道的选用。不同的地理位置不同信道收到的干扰、衰落等特性是不同的，这就有信道特性是地理位置的匹配度的问题，在某个位置表现出信道质量好的信道定义为与该位置匹配度高的信道，信道所表现出的质量的统计特性的好坏程度定义为信道与地理位置的匹配度，质量越好的匹配度的值越大，质量越差的匹配度的值越小。在不同的位置，优先选用在该位置上匹配度高的信道能够提高信道利用率，减少系统开销。传统方式的卫星信道资源分配没有考虑位置与信道的匹配度的信息，本发明在利用了位置信息的基础上，将信道与位置结合起来考虑，在两个层面的信道分配时都考虑信道与地理位置的匹配度来优化信道分配。

卫星通信设备很容易和GPS，北斗等导航设备结合，有些卫星通信设备本身就集成了定位装置，位置信息在卫星通信系统中普遍存在，利用好位置信息来进行信道分配将提高整个卫星服务域的信道利用率。

将地理位置信息引入卫星信道分配方法中，利用信道在不同地理位置上不同的适应性，按照尽可能匹配信道和地理位置的准则进行信道分配，达到优化信道分配，减少信道切换开销的效果。

如图4所示，本发明提供了一种位置信息辅助的卫星信道分配方法，步骤如下：

(1)将卫星所覆盖的区域进行分区；

将卫星所覆盖的区域进行分区，每一分区的大小根据具体实现确定。分区大小根据信道在地理位置上的敏感程度确定，信道对地理位置敏感的区域也可以采用精细的分块，不敏感的位置可以采用较粗的分块。本发明以等大小的分区来示意，但本方法包括对不同的分区方法，不同大小的分区可以并处。如图2所示，卫星的将卫星的覆盖域分成z块。

(2)估算每个分区上所有信道的匹配度值，在每一块上将得到一个所有信道在本块上的匹配度排序，生成信道与地理位置匹配度表为

估算信道在分区上的匹配度值是一个学习和更新的过程，在地面终端辅助下，信关站和卫星对每个分区的历史信道好坏程度估计出来，估算每个分区上所有信道的匹配度值可以通过最小二乘法或者最大似然估计法得到。生成信道与地理位置匹配度表。匹配度的值包括上行信道和下行信道与位置的匹配度的值。上行信道的匹配度可以有星上处理机或者地面信关站对使用各个信道时BER(误比特率)数据的统计和估计得到；下行信道的匹配度由地面终端对使用各个信道时BER数据的统计和估计得到并将其定期向卫星或者信关站，也可以由卫星或信关站根据使用不同信道时的切换情况对下行信道的匹配度进行估计。这里指出，计算信道匹配度的方法和参数不限于此，可以包含其它参数和其它方法。

(3)将卫星信道在所有波束之间进行分配；

为了将方法叙述的更明确，这里不考虑信道在波束间复用的情况，但是指出这种情况本发明中的方法同样适用。假设卫星共有N个信道(考虑了频率复用)，M个波束，每个波束所覆盖的分区的集合用M_i表示，M_i＝{j |分区j在波束i中}，信道n在j上作为上行信道时匹配度的值为

作为下行信道时匹配度的值为每个波束需要2m_i个信道(m_i个上行信道、m_i个下行信道)，

卫星为M_i分配的上行信道的集合为

卫星为M_i分配的下行信道的集合为用

表示

内所有信道的匹配度的和，用

表示

内所有信道的匹配度的和。卫星信道在波束间的分配方案是使得卫星信道的总体匹配值最大，可以用如下式子表示，

$\underset{M_i^u,M_i^d}{\max }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}(D_i^u+D_i^d)---\left(1\right)$

这种分配使得整个卫星的信道在总体上与位置的匹配度最高，从而以最优的方式适应整个覆盖域。

根据卫星所有波束下的负载情况，确定每个波束所能分配的信道数量。根据信道与地理位置匹配度表，按照前文中的(1)式将卫星信道分配到每个波束中。

因此，第(3)条可以描述为：

选择

和

使得

和满足条件得到卫星为M_i分配的上行信道的集合为

卫星为M_i分配的下行信道的集合为

其中，M为卫星的波束总数，M_i为每个波束所覆盖的分区的集合，

表示卫星为M_i分配的上行信道的集合，

表示卫星为M_i分配的下行信道的集合；

表示

内所有信道的匹配度的和，

表示

内所有信道的匹配度的和，n为卫星的信道；

(4)当有用户接入时，在用户所在的波束内为用户分配信道。在用户所在的波束内，根据波束内可用信道在用户所处分区上的匹配度的值，选用匹配度值最高的信道作为该用户的信道。图3给出了波束内的位置分区示意图。

Claims (4)

1.一种位置信息辅助的卫星信道分配方法，其特征在于步骤如下：

(1)将卫星所覆盖的区域进行分区；

(2)估算每个分区上所有信道的匹配度值，生成信道与地理位置匹配度表为

(3)将卫星信道在所有波束之间进行分配；

(4)当有用户接入时，在用户所在的波束内为用户分配信道。

2.根据权利要求1所述的一种位置信息辅助的卫星信道分配方法，其特征在于：步骤(2)中所述估算每个分区上所有信道的匹配度值可以通过最小二乘法或者最大似然估计法得到。

3.根据权利要求1所述的一种位置信息辅助的卫星信道分配方法，其特征在于：所述步骤(3)中将卫星信道在所有波束之间进行分配具体为：

选择 

和 使得 

和 满足条件 

得到卫星为M_i分配的上行信道的集合为 卫星为M_i分配的下行信道的集合为 

其中，M为卫星的波束总数，M_i为每个波束所覆盖的分区的集合， 

表示卫星为M_i分配的上行信道的集合， 

表示卫星为M_i分配的下行信道的集 合； 

表示 

内所有信道的匹配度的和， 

表示 

内所有信道的匹配度的和，n为卫星的信道。

4.根据权利要求1所述的一种位置信息辅助的卫星信道分配方法，其特征在于：步骤(4)中所述在用户所在的波束内为用户分配信道具体为：

在用户所在的波束内，根据波束内可用信道在用户所处分区上的匹配度的值，选用匹配度值最高的信道作为该用户的信道。 

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