CN112751594A - 基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法 - Google Patents

基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112751594A
CN112751594A CN202011496942.5A CN202011496942A CN112751594A CN 112751594 A CN112751594 A CN 112751594A CN 202011496942 A CN202011496942 A CN 202011496942A CN 112751594 A CN112751594 A CN 112751594A
Authority
CN
China
Prior art keywords
user
group
users
sum rate
user group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011496942.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112751594B (zh
Inventor
姚艳军
张正宇
胡树楷
王欣茜
吴守天
陈国良
陈俊杰
曹山
周子豪
李家干
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tiandi Information Network Research Institute Anhui Co Ltd
Original Assignee
Tiandi Information Network Research Institute Anhui Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tiandi Information Network Research Institute Anhui Co Ltd filed Critical Tiandi Information Network Research Institute Anhui Co Ltd
Priority to CN202011496942.5A priority Critical patent/CN112751594B/zh
Publication of CN112751594A publication Critical patent/CN112751594A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112751594B publication Critical patent/CN112751594B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0456—Selection of precoding matrices or codebooks, e.g. using matrices antenna weighting
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851—Systems using a satellite or space-based relay

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法，即可变组数的自适应用户分组和速率最大化算法(Adaptive user grouping for sum‑rate maximization，简称AUG‑SM)，通过该算法能够基于最大化系统和速率的调度准则调度所有用户、服务所有用户，通过增加用户分组数量，在保证公平性同时，最大化系统和速率，即通过牺牲时隙资源获得系统平均和速率的提高，给卫星通信用户分组提供了另一种思路。

Description

基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，具体是一种基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法。
背景技术
卫星通信在通信领域发挥越来越重要的作用。从卫星通信运营商角度来说，目标是尽可能为更多用户提供服务；从用户来说，则是希望获得更大的吞吐量。由于能够为用户提供更大的带宽，不同波束之间的全频复用(Full Frequency Reuse，FFR)是未来发展的方向，但会不可避免地带来波束间的干扰。预编码是一种能够有效减轻波束间干扰的技术，其中迫零(Zero Forcing，ZF)预编码是一种常见的预编码方式，其复杂性较低且能够完全消除波束间干扰。
假设地面Ktot个用户均匀分布在N个波束内，一个波束覆盖多个用户。当地面用户众多时，卫星难免存在不能同时为所有用户提供服务的情况，为此需要进行用户分组，按序为所有用户提供服务。假设服务所有用户，需要T个时隙，对于第t(t＝1,2,…,T)个时隙，从Ktot个用户中选择Lt(Lt≤N)个用户，为了保证所选的Lt个用户能够通过空分多址同时服务到，在一个时隙内，每个波束内最多选择一个用户。在不同时隙中，采用时分多址技术为不同分组的用户提供服务，同时采用时分多址为同一组用户提供服务。
国家知识产权局于2019年3月29日公开的发明专利申请CN109547075A提出了两种多波束卫星通信系统的用户分组方案，但是两个方案分别存在以下问题：1、方案1考虑最大化原则，以实现小组最大化和速率，但是会导致部分用户得不到服务；2、方案2考虑公平性原则，实现了用户全选，但是会导致系统和速率的下降。
发明内容
针对现有卫星通信分组算法存在的技术缺陷，本发明提供一种基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法，在考虑系统和速率的同时，保证卫星同时服务到地面所有用户。
本发明保护一种基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法，包括以下步骤：
步骤1，初始化系统参数，系统参数包括用户集合、用户组数、用户组数上限；
步骤2，依次给每一用户组选择用户集合中具有最大信道增益的用户，即时将被选择的用户从用户集合中删除，直至每一用户组都具有第一个用户，计算各组和速率；
步骤3，选择用户集合中具有最大信道增益的用户，依次拟加入各用户组，找出加入该用户后和速率增加最大的用户组，并判断增加的和速率是否大于等于0；
若增加的和速率≥0，则将该用户加入该用户组；
若增加的和速率＜0，再判断用户组数是否达到上限；
若用户组数未达到上限，则为该用户创建一个新用户组；
若用户组数达到上限，则将该用户加入和速率增加最大的用户组；
步骤4，重复步骤3，直至所有用户分组完成。
进一步的，对于分在同一用户组的所有用户，根据信道条件对卫星给每一用户分配的功率进行注水，使得用户ml获得最优功率pl＝(μλl-1)+，其中λl表示用户ml的有效信道增益，μ表示注水水位；注水水位μ通过
Figure BDA0002842450310000021
求解。
本发明提出一种贪婪用户分组算法——可变组数的自适应用户分组和速率最大化算法(Adaptive user grouping for sum-rate maximization，简称AUG-SM)，通过该算法能够基于最大化系统和速率的调度准则调度所有用户、服务所有用户，通过增加用户分组数量，在保证公平性同时，最大化系统和速率，即通过牺牲时隙资源获得系统平均和速率的提高，给卫星通信用户分组提供了另一种思路；对于分在同一用户组的所有用户，根据信道条件对卫星给每一用户分配的功率进行注水，给信道状况好的用户多分配功率，给信道条件差的用户少分配功率，以最大化和速率。
附图说明
图1为本发明卫星通信用户分组方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
实施例1
一种基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1，已知信道矩阵H、卫星天线数N、地面用户数量Ktot、卫星总功率ρ、噪声功率σ2，初始化系统参数，系统参数包括用户集合
Figure BDA0002842450310000031
用户组数T＝Ktot/N、用户组数上限Tmax；
步骤2，依次给每一用户组选择用户集合中具有最大信道增益的用户，即时将被选择的用户从用户集合中删除，直至每一用户组都具有第一个用户，计算各组和速率；
步骤3，选择用户集合中具有最大信道增益的用户，依次拟加入各用户组，找出加入该用户后和速率增加最大的用户组，并判断增加的和速率是否大于等于0；
若增加的和速率≥0，则将该用户加入该用户组；
若增加的和速率＜0，再判断用户组数是否达到上限；
若用户组数未达到上限，则为该用户创建一个新用户组；
若用户组数达到上限，则将该用户加入和速率增加最大的用户组；
步骤4，重复步骤3，直至所有用户分组完成。
通过上述用户分组方法能够基于最大化系统和速率的调度准则调度所有用户、服务所有用户，通过增加用户分组数量，在保证公平性同时，最大化系统和速率，即通过牺牲时隙资源获得系统平均和速率的提高，给卫星通信用户分组提供了另一种思路。
实施例2
通常分在同一用户组的所有用户都获得相同速率，以保证组内用户的公平性，但也一定程序上限制了系统和速率。
对于分在同一用户组的所有用户，本实施例根据信道条件对卫星给每一用户分配的功率进行注水，具体注水分配方式描述如下。
将卫星天线发送信号x表示为
Figure BDA0002842450310000032
其中
Figure BDA0002842450310000033
表示预编码矩阵，
Figure BDA0002842450310000034
表示功率分配矩阵(对角矩阵)，
Figure BDA0002842450310000035
表示用户发送到卫星的信号，服从独立同分布，即
Figure BDA0002842450310000036
所有用户的接收信号表示为
Figure BDA0002842450310000037
第ml(l＝1,2,…,Lt)个用户接收到的信号为
Figure BDA0002842450310000041
第ml个用户的SINR为
Figure BDA0002842450310000042
为了消除用户间干扰，使用ZF预编码，即
Figure BDA0002842450310000043
则第ml个用户的SINR可以表示为
Figure BDA0002842450310000044
第ml个用户可实现的和速率为
Figure BDA0002842450310000045
在第t(t＝1,2,…,T)个时隙，卫星通过SDMA同时服务某用户组的Lt个用户，可实现的和速率为
Figure BDA0002842450310000046
那么T个时隙的和速率，即所有用户的和速率为
Figure BDA0002842450310000047
最大化Rtotal即最大化每个时隙的和速率
Figure BDA0002842450310000048
约束条件为
Figure BDA0002842450310000049
由此，和速率最大化问题转化成了对用户进行最优功率分配的问题。本实施例注水分配的核心思想是，给信道状况好的用户多分配功率，给信道条件差的用户少分配功率，以最大化和速率。
对于分在同一用户组的所有用户，根据信道条件对卫星给每一用户分配的功率进行注水，使得用户ml获得最优功率pl＝(μλl-1)+，其中
Figure BDA00028424503100000410
表示用户ml的有效信道增益，μ表示注水水位，(x)+表示max(0,x)；注水水位μ通过
Figure BDA00028424503100000411
求解。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，初始化系统参数，系统参数包括用户集合、用户组数、用户组数上限；
步骤2，依次给每一用户组选择用户集合中具有最大信道增益的用户，即时将被选择的用户从用户集合中删除，直至每一用户组都具有第一个用户；
步骤3，选择用户集合中具有最大信道增益的用户，依次拟加入各用户组，找出加入该用户后和速率增加最大的用户组，并判断增加的和速率是否大于等于0，计算各组和速率；
若增加的和速率≥0，则将该用户加入该用户组；
若增加的和速率＜0，再判断用户组数是否达到上限；
若用户组数未达到上限，则为该用户创建一个新用户组；
若用户组数达到上限，则将该用户加入和速率增加最大的用户组；
步骤4，重复步骤3，直至所有用户分组完成。
2.根据权利要求1所述的卫星通信用户分组方法，其特征在于，对于分在同一用户组的所有用户，根据信道条件对卫星给每一用户分配的功率进行注水，使得用户ml获得最优功率pl＝(μλl-1)+，其中λl表示用户ml的有效信道增益，μ表示注水水位；注水水位μ通过
Figure FDA0002842450300000011
求解。
CN202011496942.5A 2020-12-17 2020-12-17 基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法 Active CN112751594B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011496942.5A CN112751594B (zh) 2020-12-17 2020-12-17 基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011496942.5A CN112751594B (zh) 2020-12-17 2020-12-17 基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112751594A true CN112751594A (zh) 2021-05-04
CN112751594B CN112751594B (zh) 2021-12-14

Family

ID=75649317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011496942.5A Active CN112751594B (zh) 2020-12-17 2020-12-17 基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112751594B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105007129A (zh) * 2015-06-16 2015-10-28 东南大学 多波束卫星移动通信系统容量估计及用户调度
US20160308561A1 (en) * 2015-04-20 2016-10-20 Electronics And Telecommunications Research Institute Method of providing communication service and apparatus for performing the method
CN107425892A (zh) * 2017-06-22 2017-12-01 清华大学 基于多波束组播的空地协同通信方法和装置
CN109547075A (zh) * 2018-12-21 2019-03-29 东南大学 一种多波束卫星通信系统用户分组的方法及其装置
CN110139248A (zh) * 2019-04-22 2019-08-16 南京邮电大学 一种上行scma系统用户匹配分组方法
CN110365379A (zh) * 2019-07-23 2019-10-22 东南大学 一种大规模天线系统联合码分和波束分多址方法
CN110492912A (zh) * 2019-07-22 2019-11-22 杭州电子科技大学 一种基于分组优化的混合波束成形方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160308561A1 (en) * 2015-04-20 2016-10-20 Electronics And Telecommunications Research Institute Method of providing communication service and apparatus for performing the method
CN105007129A (zh) * 2015-06-16 2015-10-28 东南大学 多波束卫星移动通信系统容量估计及用户调度
CN107425892A (zh) * 2017-06-22 2017-12-01 清华大学 基于多波束组播的空地协同通信方法和装置
CN109547075A (zh) * 2018-12-21 2019-03-29 东南大学 一种多波束卫星通信系统用户分组的方法及其装置
CN110139248A (zh) * 2019-04-22 2019-08-16 南京邮电大学 一种上行scma系统用户匹配分组方法
CN110492912A (zh) * 2019-07-22 2019-11-22 杭州电子科技大学 一种基于分组优化的混合波束成形方法
CN110365379A (zh) * 2019-07-23 2019-10-22 东南大学 一种大规模天线系统联合码分和波束分多址方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUAJIAN CHEN; CHENHAO QI: "User Grouping for Sum-Rate Maximization in Multiuser Multibeam Satellite Communications", 《ICC 2019 - 2019 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMMUNICATIONS (ICC)》 *
刘奥: "卫星移动通信系统多波束协作传输技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (基础科学辑)》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112751594B (zh) 2021-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8310980B2 (en) Beamforming technique for broadband satellite communications
Lei et al. Joint power and carrier allocation for the multibeam satellite downlink with individual SINR constraints
US8818440B2 (en) Apparatus and method for controlling power in distributed multiple input multiple output wireless communication system
KR101087873B1 (ko) Ｏｆｄｍａ 기반 네트워크를 지원하는 방법, 장치 및 시스템
WO2019173775A1 (en) Scheduling multi-user mimo transmissions in fixed wireless access systems
Guidotti et al. Geographical scheduling for multicast precoding in multi-beam satellite systems
MXPA02009418A (es) Metodo y aparato para controlar las transmisiones de un sistema de comunicacion.
KR20100099414A (ko) 간섭 제어 방법 또는/및 전송 전력 제어 방법을 적용하여 신호를 전송하는 신호 전송 시스템 및 그 방법
KR100836141B1 (ko) 공간 분할 다중 접속 시스템의 전력 할당 장치 및 방법
CN109547075B (zh) 一种多波束卫星通信系统用户分组的方法及其装置
CN115189721B (zh) 一种多波束卫星带宽功率表联合优化分配方法及应用
KR20050032796A (ko) 셀룰라 무선 패킷망에서 부하량 제어를 통한 망용량 증대방법
GB2557628A (en) Forward link power control
CN103168429B (zh) 用于降低干扰的波束赋形数据的调度
CN111555799B (zh) 宽带相控阵卫星的双层资源分配方法和系统
CN112751594B (zh) 基于和速率最大化的卫星通信用户分组方法
CN111446991A (zh) 大规模mimo卫星通信sc-ofdma下行链路自适应资源调度方法
Vidal et al. Joint power, frequency and precoding optimisation in a satellite sdma communication system
EP3676971B1 (en) System and method for networked scheduling for improved spectral efficiency
WO2009131662A1 (en) Assigning channels to users in wireless networks that incorporate multi-user detection (mud)
CN117528814B (zh) 一种基于毫米波的通信资源调度方法及装置
Yun et al. Downlink spectrum sharing of heterogeneous communication systems in LEO satellite networks
Nakahira et al. A resource allocation scheme for QoS provision in multi-beam mobile satellite communication systems
CN111726191B (zh) 信号处理方法、装置及计算机可读存储介质
CN117459113A (zh) 毫米波环境下基于跳波束的geo卫星时隙资源分配方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant