CN113938179A - 5g基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法 - Google Patents

5g基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法 Download PDF

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CN113938179A CN202111186438.XA CN202111186438A CN113938179A CN 113938179 A CN113938179 A CN 113938179A CN 202111186438 A CN202111186438 A CN 202111186438A CN 113938179 A CN113938179 A CN 113938179A
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Abstract

5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法，属于卫星通信技术领域，本发明为解决卫星‑5G一体化设备直接接入网络中频谱共享时存在同频干扰的问题。它包括：采用波束成形技术构建卫星‑5G一体化网络模型，获取卫星用户的干扰门限；根据量化的反馈信道状态信息构建博弈模型；引入调节步长，联合波束成形矢量，获得最优波束控制功率；根据注水功率分配原理，获得5G基站的最优发射功率；采用迫零波束成形原理，获得基于不同反馈速率的5G用户的系统容量；引入代价函数，以博弈论的纳什均衡条件为目标，获得联合干扰功率控制和反馈速率控制的模型。本发明用于卫星‑5G一体化网络的通信。

Description

5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法
技术领域
本发明涉及一种针对5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法，属于卫星通信领域。
背景技术
随着卫星通信技术向着宽带化、全IP方向发展，卫星移动通信系统正试图与地面蜂窝网络进行一体化设计，从而结合各自最有利的部分，这是下一代移动通信技术发展的重要趋势。因而，卫星系统与地面5G系统的集成成为了新一轮研究星地一体化网络的热点。
卫星通信系统可以在没有服务或服务不足的地区扩展和补充地面网络。这些演进的卫星系统将作为卫星无线电接入网络，与地面蜂窝系统、WiFi网络一起集成到5G系统中，为未来的卫星-5G一体化网络提供无缝集成的网络结构。
卫星-5G一体化网络的集成，不仅可以为用户提供高带宽、低时延、广覆盖的服务。卫星作为5G网络的补充，还可以为5G网络提供更多经济有效的解决方案。但由于频谱是一种稀缺的自然资源，5G网络重复使用了卫星系统的部分频段。已有的卫星频谱共享方案、频谱感知方案和智能频谱控制方案都可以显著地提高频谱效率和系统吞吐量，但带来的问题是系统间的频谱共享势必会引起无法避免的同频链路干扰。
波束成形技术可以使多个用户在同一时间同一地理区域使用同一频率资源。其优点是可以在密集的网络中减少对其他用户的干扰，但缺点是需要更复杂的通信设备，还需要知道来自干扰终端的位置信息。因此，基于发射机的干扰抑制技术也被称为预编码技术，它是波束赋形技术的延伸。波束赋形是利用有源天线技术，提供了将天线波束指向所需方向的可能性。通过将主瓣波束指向特定的接收机来增加所需信号的强度，从而改善给定区域内的频谱效率和系统容量。而功率控制与分配技术则可以为共享频谱资源提供更多的可能性。频率和功率的分配可使资源得到最佳利用，同时使干扰保持在可接受的水平内。在这种情况下，用户可以自适应地优化它们在可用信道中的频谱使用，但自适应分配策略的一个缺点就是对卫星接收机的集总干扰影响，因此必须对干扰发射机的发射功率加以限制。
发明内容
本发明目的是为了解决卫星-5G一体化设备直接接入网络中频谱共享时存在同频干扰的问题，提供了一种5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法。
本发明所述5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法，它包括：
S1、采用波束成形技术构建卫星-5G一体化网络模型，获取卫星用户的干扰门限；
S2、根据S1获取的卫星用户的干扰门限，根据量化的反馈信道状态信息构建博弈模型；
S3、引入调节步长，联合波束成形矢量，获得最优波束控制功率；
S4、根据注水功率分配原理，获得5G基站的最优发射功率；
S5、采用迫零波束成形原理，获得基于不同反馈速率的5G用户的系统容量；
S6、引入代价函数，以博弈论的纳什均衡条件为目标，获得联合干扰功率控制和反馈速率控制的模型。
优选的，S1所述构建的卫星-5G一体化网络模型包括：一颗低轨道卫星、一个卫星用户、一个5G基站和多个5G用户；
5G基站采用波束成形技术，具有Nt根天线，卫星用户和5G用户分别具有一根天线；
卫星用户和5G用户均能够估计获得自身的信道状态信息；
5G用户能够反馈信道状态信息给5G基站；
卫星用户能够将量化的反馈信道状态信息给5G基站，5G基站将接收到的上行链路的信道状态信息作为回馈。
优选的，S1所述获取卫星用户的干扰门限的具体方法为：
S1-1、将卫星用户的反馈信道状态信息进行量化：
卫星用户与5G基站之间的信道服从瑞利衰落，信道衰落时间为t，获得卫星用户在时间t内完成信道状态信息量化并反馈给5G基站的反馈速率：
Rf＝n×Nt；
其中，N是卫星用户反馈的信道数量，n表示每个反馈信道的量化比特数；
S1-2、将卫星用户量化后的信道传输速率减去量化前的信道传输速率，且令差值不小于卫星用户的反馈速率，进而获得卫星用户经n比特量化后的干扰门限值：
Figure BDA0003299419270000021
其中，psat表示卫星用户接收来自卫星的信号功率，Ith表示卫星用户在完美信道状态信息时的干扰门限值。
优选的，S2所述根据量化的反馈信道状态信息构建博弈模型的具体方法包括：
根据完美反馈信道状态信息下的博弈目标，增加信道状态信息的量化比特数量，获得量化的反馈信道状态信息构建博弈模型；
所述完美反馈信道状态信息下的博弈目标是：优化5G基站的发射功率，使得卫星用户接收到的干扰最小；
同时满足的约束条件是：5G用户k接收到的信号与干扰加噪声比大于门限值βk，5G基站对卫星用户的干扰低于卫星用户在完美信道状态信息时的干扰门限值Ith，5G基站的发射功率不能大于最大发射功率PT。
优选的，S3所述联合波束成形矢量，获得最优波束控制功率包括：
引入调节步长，对波束成形矢量进行折中；
分别获得完美反馈信道状态信息条件下的最优波束控制功率pk-完美CSI和量化反馈信道状态信息条件下的最优波束控制功率pk-量化CSI：
Figure BDA0003299419270000031
Figure BDA0003299419270000032
其中，hs表示完美信道状态信息，
Figure BDA0003299419270000033
表示卫星用户实际反馈的量化信道状态信息，hk表示第k个5G用户到5G基站的信道系数，sk表示第k个5G用户接入的波束成形矢量，pi表示5G基站发射给除第k个5G用户外的其他5G用户中的第i个用户的信号功率，si表示发射给第i个5G用户的信号功率，σ2表示加性高斯白噪声信号的方差，K表示5G用户的总数。
优选的，所述波束成形矢量包括利己波束成形和利他波束成形；
所述利己波束成形是卫星用户选择对自身干扰最小化、接收信号功率最大的波束进行接入；
所述利他波束成形是卫星用户选择对其他卫星用户干扰最小化的波束进行接入。
优选的，S4所述获得5G基站的最优发射功率的具体方法包括：
最优发射功率：Pt＝min(Pt *,Pt,max)；
Figure BDA0003299419270000041
其中，Pt,max表示5G基站的最大额定发射功率，rs表示第s个卫星用户给5G基站反馈信息速率，Pt *表示5G基站对卫星用户的干扰为卫星用户设定的门限值Ith时，基站的发射功率，Ns表示卫星用户的数量。
优选的，所述注水功率分配原理是：
监测信道状况，当信道状况良好时，多分配功率，当信道状况差时，少分配功率，当信道状况低于阈值，不分配功率。
优选的，S5所述获得基于不同反馈速率的5G用户的系统容量得具体方法包括：
根据卫星用户量化的反馈信道状态信息，采用迫零波束成形原理，获得5G用户k在反馈速率为rk时的系统容量：
Figure BDA0003299419270000042
其中，fk为第k个5G用户的波束成形向量，hk表示第k个5G用户的反馈信道状态信息，
Figure BDA0003299419270000043
为加性高斯白噪声信号的方差，pk表示5G基站的功率分配。
优选的，S6所述的获得联合干扰功率控制和反馈速率控制的模型为：
max uk＝Ck(rk,pk)-γrk
Figure BDA0003299419270000044
Figure BDA0003299419270000045
其中，γ为代价因子，
Figure BDA0003299419270000046
表示反馈速率的最小值，
Figure BDA0003299419270000047
表示反馈速率的最大值。
本发明的优点：本发明针对地面5G基站对卫星用户的主要干扰链路，提出了一种针对5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法，能够解决卫星-5G一体化网络模型直接3GPP接入网络中的同频干扰问题。通过考虑卫星用户反馈信道状态信息给地面基站，地面基站在获得下行链路信道反馈信息后进行波束成形和功率控制，通过调整波束成形矢量和发射功率来降低对卫星用户的干扰。为了得到最佳的功率控制策略和波束成形矢量，采用博弈论的方法，通过优化地面基站的发射功率，在确保地面用户服务质量的同时，使卫星用户接收到的干扰最小，同时满足卫星用户的干扰门限要求。但由于基站的反馈信道带宽有限，所有博弈的参与者需要竞争有限的信道资源，来提高自己的系统容量。针对这一问题，提出联合功率控制及反馈速率控制方法。
附图说明
图1是本发明所述卫星-5G一体化网络模型示意图，其中，a表示通信链路，b表示干扰链路，c表示反馈链路；
图2是本发明的仿真中完美信道状态信息和量化信道状态信息下基站波束的功率分配；
图3是本发明的仿真中量化信道状态信息条件下波束成形矢量与基站对卫星用的干扰功率之间的关系；
图4是本发明的仿真中注水功率分配下，卫星用户和地面用户的信道反馈速率与系统容量之间的关系。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法，它包括：
S1、采用波束成形技术构建卫星-5G一体化网络模型，获取卫星用户的干扰门限；
S2、根据S1获取的卫星用户的干扰门限，根据量化的反馈信道状态信息构建博弈模型；
S3、引入调节步长，联合波束成形矢量，获得最优波束控制功率；
S4、根据注水功率分配原理，获得5G基站的最优发射功率；
S5、采用迫零波束成形原理，获得基于不同反馈速率的5G用户的系统容量；
S6、引入代价函数，以博弈论的纳什均衡条件为目标，获得联合干扰功率控制和反馈速率控制的模型。
本实施方式中，为了避免基站对卫星用户的干扰并且保证地面用户的服务质量。可以把地面基站的功率分配问题表述为一个非合作博弈的过程，寻找使博弈达到稳定状态时的纳什均衡条件。利用得到的信道状态信息进行波束成形和功率控制来降低对卫星用户的干扰。
本实施方式中，为避免平均功率控制方案中，基站不会根据信道状态自适应的改变其发射功率的问题，采用注水功率分配方案。
本实施方式中，由于基站的反馈信道带宽有限，卫星用户和5G用户需要竞争有限的信道带宽，来提高自己的传输速率，即系统容量。S5获得了基于博弈论的联合干扰功率控制和反馈速率控制方案，能够为5G用户分配有限的反馈速率并使系统容量最大化。
本实施方式中，在卫星通信系统中，按照卫星的运行轨道高度可以分为同步轨道(Geostationary Earth Orbit，GEO)卫星、高椭圆轨道(Highly Eccentric Orbit，HEO)卫星、中轨道(Medium Earth Orbit，MEO)卫星和低轨道(Low Earth Orbit，LEO)卫星。
具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，S1所述构建的卫星-5G一体化网络模型包括：一颗低轨道卫星、一个卫星用户、一个5G基站和多个5G用户；
5G基站采用波束成形技术，具有Nt根天线，卫星用户和5G用户分别具有一根天线；
卫星用户和5G用户均能够估计获得自身的信道状态信息；
5G用户能够反馈信道状态信息给5G基站；
卫星用户能够将量化的反馈信道状态信息给5G基站，5G基站将接收到的上行链路的信道状态信息作为回馈。
进一步的，S1所述获取卫星用户的干扰门限的具体方法为：
S1-1、将卫星用户的反馈信道状态信息进行量化：
卫星用户与5G基站之间的信道服从瑞利衰落，信道衰落时间为t，获得卫星用户在时间t内完成信道状态信息量化并反馈给5G基站的反馈速率：
Rf＝n×N/t；
其中，N是卫星用户反馈的信道数量，n表示每个反馈信道的量化比特数；
S1-2、将卫星用户量化后的信道传输速率减去量化前的信道传输速率，且令差值不小于卫星用户的反馈速率，进而获得卫星用户经n比特量化后的干扰门限值：
Figure BDA0003299419270000071
其中，psat表示卫星用户接收来自卫星的信号功率，Ith表示卫星用户在完美信道状态信息时的干扰门限值。
具体实施方式三：本实施方式对实施方式二作进一步说明，S2所述根据量化的反馈信道状态信息构建博弈模型的具体方法包括：
根据完美反馈信道状态信息下的博弈目标，增加信道状态信息的量化比特数量，获得量化的反馈信道状态信息构建博弈模型；
所述完美反馈信道状态信息下的博弈目标是：优化5G基站的发射功率，使得卫星用户接收到的干扰最小；
同时满足的约束条件是：5G用户k接收到的信号与干扰加噪声比大于门限值βk，5G基站对卫星用户的干扰低于卫星用户在完美信道状态信息时的干扰门限值Ith，5G基站的发射功率不能大于最大发射功率PT。
本实施方式中，为了避免基站对卫星用户的干扰并且保证地面用户的服务质量。可以把地面基站的功率分配问题表述为一个非合作博弈的过程，寻找使博弈达到稳定状态时的纳什均衡条件。为了降低反馈完美的信道状态信息所带来的信令复杂度及开销，提出基于量化信道状态信息反馈下的博弈模型，卫星用户可以通过增加信道状态信息的量化比特数量来降低其干扰门限值的大小，进而降低了地面基站对卫星用户的干扰。
本实施方式中，门限值需要提前设定，大小记为βk。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式三作进一步说明，S3所述联合波束成形矢量，获得最优波束控制功率包括：
引入调节步长，对波束成形矢量进行折中；
分别获得完美反馈信道状态信息条件下的最优波束控制功率pk-完美CSI和量化反馈信道状态信息条件下的最优波束控制功率pk-量化CSI：
Figure BDA0003299419270000072
Figure BDA0003299419270000081
其中，hs表示完美信道状态信息，
Figure BDA0003299419270000082
表示卫星用户实际反馈的量化信道状态信息，hk表示第k个5G用户到5G基站的信道系数，sk表示第k个5G用户接入的波束成形矢量，pi表示5G基站发射给除第k个5G用户外的其他5G用户中的第i个用户的信号功率，si表示发射给第i个5G用户的信号功率，σ2表示加性高斯白噪声信号的方差，K表示5G用户的总数。
进一步的，所述波束成形矢量包括利己波束成形和利他波束成形；
所述利己波束成形是卫星用户选择对自身干扰最小化、接收信号功率最大的波束进行接入；
所述利他波束成形是卫星用户选择对其他卫星用户干扰最小化的波束进行接入。
本实施方式中，利己波束成形只选择对自己最有利的波束进行接入，使自己接收到的信号功率最大，而不考虑对其他卫星用户或系统的干扰影响。
具体实施方式五：本实施方式对实施方式四作进一步说明，S4所述获得5G基站的最优发射功率的具体方法包括：
最优发射功率：Pt＝min(Pt *,Pt,max)；
Figure BDA0003299419270000083
其中，Pt,max表示5G基站的最大额定发射功率，rs表示卫星用户给5G基站反馈信息速率，Pt *表示5G基站对卫星用户的干扰为卫星用户设定的门限值Ith时，基站的发射功率。
本实施方式中，为保证5G基站对卫星用户的干扰Is小于卫星用户所设定的门限值Ith，则需对基站的发射功率进行控制。
进一步的，所述注水功率分配原理是：
监测信道状况，当信道状况良好时，多分配功率，当信道状况差时，少分配功率，当信道状况低于阈值，不分配功率。
本实施方式中，为避免平均功率控制方案中，基站不会根据信道状态自适应的改变其发射功率的问题，采用注水功率分配方案。注水功率分配的原理是充分利用信道的状况。
具体实施方式六：本实施方式对实施方式五作进一步说明，S5所述获得基于不同反馈速率的5G用户的系统容量得具体方法包括：
根据卫星用户量化的反馈信道状态信息，采用迫零波束成形原理，获得5G用户k在反馈速率为rk时的系统容量：
Figure BDA0003299419270000091
其中，fk为第k个5G用户的波束成形向量，hk表示第k个5G用户的反馈信道状态信息，
Figure BDA0003299419270000096
为加性高斯白噪声信号的方差，pk表示5G基站的功率分配。
本实施方式中，在竞争有限的反馈信道时，博弈的参与者是所有用户，策略空间是用户的反馈速率rk、以及基站的功率分配pk。所有用户都会选择对自己最优的反馈速率来使自身的效用函数达到最大。
具体实施方式七：本实施方式对实施方式六作进一步说明，S6所述的获得联合干扰功率控制和反馈速率控制的模型为：
max uk＝Ck(rk,pk)-γrk
Figure BDA0003299419270000092
Figure BDA0003299419270000093
其中，γ为代价因子，
Figure BDA0003299419270000094
表示反馈速率的最小值，
Figure BDA0003299419270000095
表示反馈速率的最大值。
对本发明提出的5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法进行仿真，仿真过程中仿真参数的设定为：卫星轨道6000km；工作频率28GHz；卫星发射功率63dBm；卫星用户数量1个/多个；地面5G基站数量1个；地面5G用户数量4个；5G基站天线数量4根；卫星用户天线数量1根；地面用户天线数量1根；5G基站的最大发射功率10W；卫星用户的干扰门限0.1W；地面用户的SINR门限5dB；传输信道Rayleigh信道；波束调节步幅0:0.1:1；迭代次数20；迭代收敛门限值10-3；噪声功率0.01W；
仿真环境为：matlab R2018b。
仿真结果如图2、图3和图4所示：
由图2可以看出，在算法开始执行时，基站波束的发射功率值波动较大，这是因为博弈参与者在初始迭代时需要进行博弈过程。每个地面用户都试图寻找对自己最有利的基站发射功率。但随着迭代次数的增加，基站波束的发射功率逐渐达到收敛状态，也就是达到博弈的稳定状态，即找到了最优的基站发射功率策略集。在卫星用户反馈完美信道状态信息条件下，5G基站波束的最优功率策略集依次是{18.2dBm、14.3dBm、13.9dBm、13.7dBm}，而在卫星用户反馈量化信道状态信息条件下，5G基站波束的最优功率策略集依次是{16.2dBm、13.6dBm、12.1dBm、11.4dBm}。通过比较可以发现，完美信道状态信息反馈条件下的基站波束发射功率要高于量化信道状态信息反馈条件。这是由于在反馈量化信道状态信息时，基站不允许传输更高的发射功率，否则会超过卫星用户的干扰门限值。
由图3可以看出，若不考虑对地面系统性能的影响，只从降低对卫星用户干扰的角度出发。可以发现，在波束矢量λ＝0时，卫星用户接收到的干扰功率值最小。在波束矢量λ＝0.7时，卫星用户接收到的干扰功率值最大。随着波束成形矢量步长λ的增加，基站对卫星用户的干扰逐渐增大。也就是说在基站波束为利他波束矢量时，卫星用户接收到的干扰最小。因为利他波束矢量完全就是以牺牲自身性能为代价去降低对其他用户的干扰影响。
由图4可以看出，注水功率分配下的系统容量明显高于平均功率分配。这也进一步验证了注水功率分配算法可以根据信道状态自适应的进行功率分配，在避免对基站部分发射功率造成的浪费的同时，提高了系统容量。卫星用户反馈的信道状态信息越完美，即反馈速率越大，卫星用户接收到的干扰越小，地面系统容量越大。
本发明提出的5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法，首先对卫星-5G一体化网络进行建模，其中地面基站采用波束成形技术。假设5G用户可以反馈完美的信道状态信息给地面基站，而卫星用户采取反馈量化的信道状态信息给地面基站，地面基站接收到来自上行链路的信道状态信息后作为回馈，利用得到的信道状态信息进行波束成形和功率控制来降低对卫星用户的干扰。在此基础上，分析卫星用户的干扰门限值。之后，为了避免基站对卫星用户的干扰并且保证地面用户的服务质量，将地面基站的功率分配问题表述为一个非合作博弈的过程。得到在完美信道状态信息条件和量化信道状态信息条件下的最优波束功率控制。
然后采用基于博弈论的联合干扰功率控制及反馈速率控制。由于在实际的通信系统中，基站的反馈信道带宽有限，无法实现全部用户都反馈完美的信道状态信息。因此，对所有的卫星用户和地面用户反馈的信道状态信息进行量化。为避免平均功率控制方案中，基站不会根据信道状态自适应的改变其发射功率的问题，采用注水功率分配方案。之后，为用户分配有限的反馈速率，使系统容量最大化。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法，其特征在于，它包括：
S1、采用波束成形技术构建卫星-5G一体化网络模型，获取卫星用户的干扰门限；
S2、根据S1获取的卫星用户的干扰门限，根据量化的反馈信道状态信息构建博弈模型；
S3、引入调节步长，联合波束成形矢量，获得最优波束控制功率；
S4、根据注水功率分配原理，获得5G基站的最优发射功率；
S5、采用迫零波束成形原理，获得基于不同反馈速率的5G用户的系统容量；
S6、引入代价函数，以博弈论的纳什均衡条件为目标，获得联合干扰功率控制和反馈速率控制的模型。
2.根据权利要求1所述的5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法，其特征在于，S1所述构建的卫星-5G一体化网络模型包括：一颗低轨道卫星、一个卫星用户、一个5G基站和多个5G用户；
5G基站采用波束成形技术，具有Nt根天线，卫星用户和5G用户分别具有一根天线；
卫星用户和5G用户均能够估计获得自身的信道状态信息；
5G用户能够反馈信道状态信息给5G基站；
卫星用户能够将量化的反馈信道状态信息给5G基站，5G基站将接收到的上行链路的信道状态信息作为回馈。
3.根据权利要求2所述的5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法，其特征在于，S1所述获取卫星用户的干扰门限的具体方法为：
S1-1、将卫星用户的反馈信道状态信息进行量化：
卫星用户与5G基站之间的信道服从瑞利衰落，信道衰落时间为t，获得卫星用户在时间t内完成信道状态信息量化并反馈给5G基站的反馈速率：
Rf＝n×N/t；
其中，N是卫星用户反馈的信道数量，n表示每个反馈信道的量化比特数；
S1-2、将卫星用户量化后的信道传输速率减去量化前的信道传输速率，且令差值不小于卫星用户的反馈速率，进而获得卫星用户经n比特量化后的干扰门限值：
Figure FDA0003299419260000011
其中，psat表示卫星用户接收来自卫星的信号功率，Ith表示卫星用户在完美信道状态信息时的干扰门限值。
4.根据权利要求3所述的5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法，其特征在于，S2所述根据量化的反馈信道状态信息构建博弈模型的具体方法包括：
根据完美反馈信道状态信息下的博弈目标，增加信道状态信息的量化比特数量，获得量化的反馈信道状态信息构建博弈模型；
所述完美反馈信道状态信息下的博弈目标是：优化5G基站的发射功率，使得卫星用户接收到的干扰最小；
同时满足的约束条件是：5G用户k接收到的信号与干扰加噪声比大于门限值βk，5G基站对卫星用户的干扰低于卫星用户在完美信道状态信息时的干扰门限值Ith，5G基站的发射功率不能大于最大发射功率PT。
5.根据权利要求4所述的5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法，其特征在于，S3所述联合波束成形矢量，获得最优波束控制功率包括：
引入调节步长，对波束成形矢量进行折中；
分别获得完美反馈信道状态信息条件下的最优波束控制功率pk-完美CSI和量化反馈信道状态信息条件下的最优波束控制功率pk-量化CSI：
Figure FDA0003299419260000021
Figure FDA0003299419260000022
其中，hs表示完美信道状态信息，
Figure FDA0003299419260000023
表示卫星用户实际反馈的量化信道状态信息，hk表示第k个5G用户到5G基站的信道系数，sk表示第k个5G用户接入的波束成形矢量，pi表示5G基站发射给除第k个5G用户外的其他5G用户中的第i个用户的信号功率，si表示发射给第i个5G用户的信号功率，σ2表示加性高斯白噪声信号的方差，K表示5G用户的总数。
6.根据权利要求5所述的5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法，其特征在于，所述波束成形矢量包括利己波束成形和利他波束成形；
所述利己波束成形是卫星用户选择对自身干扰最小化、接收信号功率最大的波束进行接入；
所述利他波束成形是卫星用户选择对其他卫星用户干扰最小化的波束进行接入。
7.根据权利要求6所述的5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法，其特征在于，S4所述获得5G基站的最优发射功率的具体方法包括：
最优发射功率：
Figure FDA0003299419260000031
Figure FDA0003299419260000032
其中，Pt,max表示5G基站的最大额定发射功率，rs表示第s个卫星用户给5G基站反馈信息速率，Pt *表示5G基站对卫星用户的干扰为卫星用户设定的门限值Ith时，基站的发射功率，Ns表示卫星用户的数量。
8.根据权利要求7所述的5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法，其特征在于，所述注水功率分配原理是：
监测信道状况，当信道状况良好时，多分配功率，当信道状况差时，少分配功率，当信道状况低于阈值，不分配功率。
9.根据权利要求7所述的5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法，其特征在于，S5所述获得基于不同反馈速率的5G用户的系统容量得具体方法包括：
根据卫星用户量化的反馈信道状态信息，采用迫零波束成形原理，获得5G用户k在反馈速率为rk时的系统容量：
Figure FDA0003299419260000033
其中，fk为第k个5G用户的波束成形向量，hk表示第k个5G用户的反馈信道状态信息，
Figure FDA0003299419260000034
为加性高斯白噪声信号的方差，pk表示5G基站的功率分配。
10.根据权利要求9所述的5G基站对卫星用户干扰的联合波束成形和功率控制方法，其特征在于，S6所述的获得联合干扰功率控制和反馈速率控制的模型为：
max uk＝Ck(rk,pk)-γrk
Figure FDA0003299419260000041
Figure FDA0003299419260000042
其中，γ为代价因子，
Figure FDA0003299419260000043
表示反馈速率的最小值，
Figure FDA0003299419260000044
表示反馈速率的最大值。
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