CN114710191A - 面向多波束卫星移动通信系统波束资源动态调整方法 - Google Patents

面向多波束卫星移动通信系统波束资源动态调整方法 Download PDF

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CN114710191A CN202210215958.7A CN202210215958A CN114710191A CN 114710191 A CN114710191 A CN 114710191A CN 202210215958 A CN202210215958 A CN 202210215958A CN 114710191 A CN114710191 A CN 114710191A
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Abstract

本发明公开了一种面向多波束卫星移动通信系统波束资源动态调整方法。该方法包括：获取多波束卫星移动通信系统的系统资源配置数据、用户通信行为数据、载波频谱监视数据和波束功放映射数据；根据用户通信行为数据确定各波束的通信情况，根据系统资源配置数据和载波频谱监视数据确定各波束的受扰情况，根据波束功放映射数据确定波束功率分配相关性；设置各波束的用户实时电路域业务数上限和用户实时分组域业务数上限以及受扰频点数上限，对波束资源进行动态调整。可见，本发明通过融合系统资源配置数据、用户通信行为数据、载波频谱监视数据以及波束功放映射数据，得到合适的波束资源动态调整方案，以提升单波束的通信业务承载能力。

Description

面向多波束卫星移动通信系统波束资源动态调整方法
技术领域
本发明涉及卫星移动通信领域，特别涉及一种面向多波束卫星移动通信系统波束资源动态调整方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质。
背景技术
卫星移动通信可以采用多波束系统架构，在广阔的区域内由一组波束为终端提供服务。但是，多波束卫星移动通信系统存在波束功率资源受限与频点资源有限的问题。
(一)多波束卫星移动通信系统波束功率资源受限
多波束卫星移动通信系统采用了基于Butler矩阵的多波束技术，该技术通过控制Butler矩阵使星上64个馈源协同工作，形成指向不同的多个通信波束，每个波束下的信号均由64个功放单元共同处理，有效放大了信号强度。但是，由于每个功放单元同时承载着不同波束的信号处理任务，随着系统用户规模的快速增长，这将造成波束与波束之间竞争功率资源，从而降低单波束的通信业务承载能力。
(二)多波束卫星移动通信系统波束频点资源有限
多波束卫星移动通信系统单波束占用的带宽约为3.5MHz，其中划分了多个通信频点。由于系统能力限制，通信频点中能实际用于电路域及分组域业务的更少。正常情况下，上述波束频点资源能基本满足用户通信需求。但是，由于局部区域电磁环境日趋复杂，载波干扰时有发生，此时窄带波束频点资源将被大面积“污染”，无法正常使用，这将导致单波束通信业务承载能力急剧下降，影响用户通信。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质。
本发明的一个实施例提供一种面向多波束卫星移动通信系统波束资源动态调整方法，该方法包括：
获取多波束卫星移动通信系统的系统资源配置数据、用户通信行为数据、载波频谱监视数据和波束功放映射数据；
根据所述用户通信行为数据确定各波束的通信情况，根据所述系统资源配置数据和所述载波频谱监视数据确定各波束的受扰情况，根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性；
设置各波束的用户实时电路域业务数上限和用户实时分组域业务数上限以及受扰频点数上限，根据所述各波束的通信情况、所述各波束的受扰情况和所述波束功率分配相关性对波束资源进行动态调整。
可选地，所述根据所述用户通信行为数据确定各波束的通信情况，根据所述系统资源配置数据和所述载波频谱监视数据确定各波束的受扰情况，根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性，包括：
在用户通信行为数据中按波束号查询统计各波束下用户实时入网通信数，确定各波束的通信情况；
对所述系统资源配置数据与所述载波频谱监视数据进行关联分析，按受扰频段查询统计各波束下实时受扰的频点数，并判断各波束的广播与公共控制信道频点是否受扰；
根据所述波束功放映射数据计算波束信号在所有功放单元上的功率分布相似性，确定波束功率分配相关性。
可选地，所述根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性，包括：
采用相对熵方法根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性。
可选地，所述采用相对熵方法根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性，包括：
根据如下公式计算两两波束之间的功率分配相关系数，根据所述功率分配相关系数，确定波束功率分配相关性：
Figure BDA0003538265380000031
其中，COX为波束O与波束X之间的功率分配相关系数，dOj表示波束O内信号在第j个功放上的功率分配比例，dXj表示波束X内信号在第j个功放上的功率分配比例。
本发明的另一个实施例提供一种面向多波束卫星移动通信系统波束资源动态调整装置，包括：
数据获取单元，用于获取多波束卫星移动通信系统的系统资源配置数据、用户通信行为数据、载波频谱监视数据和波束功放映射数据；
关联分析单元，用于根据所述用户通信行为数据确定各波束的通信情况，根据所述系统资源配置数据和所述载波频谱监视数据确定各波束的受扰情况，根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性；
动态调整单元，用于设置各波束的用户实时电路域业务数上限和用户实时分组域业务数上限以及受扰频点数上限，根据所述各波束的通信情况、所述各波束的受扰情况和所述波束功率分配相关性对波束资源进行动态调整。
可选地，所述关联分析单元进一步用于：
在用户通信行为数据中按波束号查询统计各波束下用户实时入网通信数，确定各波束的通信情况；
对所述系统资源配置数据与所述载波频谱监视数据进行关联分析，按受扰频段查询统计各波束下实时受扰的频点数，并判断各波束的广播与公共控制信道频点是否受扰；
根据所述波束功放映射数据计算波束信号在所有功放单元上的功率分布相似性，确定波束功率分配相关性。
可选地，所述关联分析单元进一步用于：
采用相对熵方法根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性。
可选地，所述采用相对熵方法根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性，包括：
根据如下公式计算两两波束之间的功率分配相关系数，根据所述功率分配相关系数，确定波束功率分配相关性：
Figure BDA0003538265380000041
其中，COX为波束O与波束X之间的功率分配相关系数，dOj表示波束O内信号在第j个功放上的功率分配比例，dXj表示波束X内信号在第j个功放上的功率分配比例。
本发明的另一个实施例提供一种电子设备，其中，该电子设备包括：
处理器；以及，
被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行上述的面向多波束卫星移动通信系统波束资源动态调整方法。
本发明的另一个实施例提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被处理器执行时，实现上述的面向多波束卫星移动通信系统波束资源动态调整方法。
本发明的有益效果是，针对多波束卫星移动通信系统存在波束功率资源受限与频点资源有限的问题，本发明通过融合系统资源配置数据、用户通信行为数据、载波频谱监视数据以及波束功放映射数据，采用关联分析方法，得到合适的波束资源动态调整方案，以提升单波束的通信业务承载能力，提高用户满意度。
附图说明
图1为本发明一个实施例的面向多波束卫星移动通信系统波束资源动态调整方法的流程示意图；
图2为本发明一个实施例的面向多波束卫星移动通信系统波束资源动态调整方法的原理图；
图3A为本发明一个实施例的1号波束信号在所有功放单元上的功率分布情况示意图；
图3B为本发明一个实施例的36号波束信号在所有功放单元上的功率分布情况示意图；
图3C为本发明一个实施例的46号波束信号在所有功放单元上的功率分布情况示意图；
图4为本发明一个实施例的面向多波束卫星移动通信系统波束资源动态调整装置的结构示意图；
图5示出了根据本发明一个实施例的电子设备的结构示意图；
图6示出了根据本发明一个实施例的计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1为本发明一个实施例的方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括：
S11：获取多波束卫星移动通信系统的系统资源配置数据、用户通信行为数据、载波频谱监视数据和波束功放映射数据；
系统资源配置数据指的是系统配置各波束频点资源的数据，包括波束内可用的电路域频点信息与分组域频点信息等，该类数据可在系统内直接获取。
用户通信行为数据指的是系统用户的通信记录，包括主、被叫号码，主、被叫所在区域波束，以及通信起始、结束时间，该类数据可在系统内直接获取。
载波频谱监视数据指的是通过频谱仪接收到的系统返向信号(用户-卫星-信关站)频谱数据，该类数据可在系统内直接获取。
波束功放映射数据指的是波束信号在所有功放单元上的功率分布情况，该类数据通过实测获取。
在实际应用中，可通过FTP服务直接从系统内实时获取系统资源配置数据、载波频谱监视数据以及用户通信行为数据，并导入数据库。同时，将实测得到的波束功放映射数据导入数据库。
S12：根据所述用户通信行为数据确定各波束的通信情况，根据所述系统资源配置数据和所述载波频谱监视数据确定各波束的受扰情况，根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性；
S13：设置各波束的用户实时电路域业务数上限和用户实时分组域业务数上限以及受扰频点数上限，根据所述各波束的通信情况、所述各波束的受扰情况和所述波束功率分配相关性对波束资源进行动态调整。
如图2所示，根据系统实际与专家经验，设置各波束的用户实时电路域业务数上限为σe和用户实时分组域业务数上限为σp以及受扰频点数上限为σi，按照以下准则动态调整波束资源：
(1)当任务波束的用户电路域业务数大于σe或实时分组域业务数大于σp时，关停与任务波束功率分配相似的波束，腾退部分星上功率，保障任务波束通信。
(2)当任务波束的广播与公共控制频点受扰时，重新配置系统波束资源，避开受扰频点。
(3)当任务波束受扰频点数大于σi时，关停任务波束，并增加临近波束的功率增益档，使任务波束下用户强制入网临近波束进行通信。
(4)当上述情形结束时，尽快恢复系统状态，恢复波束增益档，开启已关停的波束。
本发明实施例的面向多波束卫星移动通信系统波束资源动态调整方法，通过融合系统资源配置数据、用户通信行为数据、载波频谱监视数据以及波束功放映射数据，采用关联分析方法，得到合适的波束资源动态调整方案，以提升单波束的通信业务承载能力，提高用户满意度。
在本发明实施例的一种可选地实施方中，步骤S13包括：
在用户通信行为数据中按波束号查询统计各波束下用户实时入网通信数，确定各波束的通信情况；
对所述系统资源配置数据与所述载波频谱监视数据进行关联分析，按受扰频段查询统计各波束下实时受扰的频点数，并判断各波束的广播与公共控制信道频点是否受扰；
根据所述波束功放映射数据计算波束信号在所有功放单元上的功率分布相似性，确定波束功率分配相关性。
具体地，所述根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性，包括：
采用相对熵方法根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性。
由于波束功放映射数据以功率分布直方图的形式表示，类似于一种概率分布，因此可采用相对熵方法确定波束功率分配相关性。
进一步地，所述采用相对熵方法根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性，包括：
根据如下公式计算两两波束之间的功率分配相关系数，根据所述功率分配相关系数，确定波束功率分配相关性：
Figure BDA0003538265380000081
其中，COX为波束O与波束X之间的功率分配相关系数，dOj表示波束O内信号在第j个功放上的功率分配比例，dXj表示波束X内信号在第j个功放上的功率分配比例。
可理解的是，波束之间的功率分配相关系数越大，表示波束功率分配相关性越大。
图3A、图3B、图3C展示了三个波束的信号在所有功放单元上的功率分布情况。从图中不难看出，波束内的信号主要由固定的三十二个功放单元分担处理，并且，图3B的36号波束与图3C中的46号波束对应的功放单元十分相似，而图3A中波束与另外两个波束所对应的功放单元相关性较小。因此，在波束资源动态调整中可通过关停46号波束的方式腾退功率资源，以保障36号波束通信。
图4为本发明一个实施例的面向多波束卫星移动通信系统波束资源动态调整装置的结构示意图。如图4所示，该装置包括：
数据获取单元41，用于获取多波束卫星移动通信系统的系统资源配置数据、用户通信行为数据、载波频谱监视数据和波束功放映射数据；
关联分析单元42，用于根据所述用户通信行为数据确定各波束的通信情况，根据所述系统资源配置数据和所述载波频谱监视数据确定各波束的受扰情况，根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性；
动态调整单元43，用于设置各波束的用户实时电路域业务数上限和用户实时分组域业务数上限以及受扰频点数上限，根据所述各波束的通信情况、所述各波束的受扰情况和所述波束功率分配相关性对波束资源进行动态调整。
本发明实施例的面向多波束卫星移动通信系统波束资源动态调整装置，通过融合系统资源配置数据、用户通信行为数据、载波频谱监视数据以及波束功放映射数据，采用关联分析方法，得到合适的波束资源动态调整方案，以提升单波束的通信业务承载能力，提高用户满意度。
在本发明实施例的一种可选的实施方式中，关联分析单元42进一步用于：
在用户通信行为数据中按波束号查询统计各波束下用户实时入网通信数，确定各波束的通信情况；
对所述系统资源配置数据与所述载波频谱监视数据进行关联分析，按受扰频段查询统计各波束下实时受扰的频点数，并判断各波束的广播与公共控制信道频点是否受扰；
根据所述波束功放映射数据计算波束信号在所有功放单元上的功率分布相似性，确定波束功率分配相关性。
关联分析单元42进一步用于：
采用相对熵方法根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性。
具体地，所述采用相对熵方法根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性，包括：
根据如下公式计算两两波束之间的功率分配相关系数，根据所述功率分配相关系数，确定波束功率分配相关性：
Figure BDA0003538265380000101
其中，COX为波束O与波束X之间的功率分配相关系数，dOj表示波束O内信号在第j个功放上的功率分配比例，dXj表示波束X内信号在第j个功放上的功率分配比例。
需要说明的是，上述实施例中的装置可分别用于执行前述实施例中的方法，因此不再一一进行具体的说明。
综上所述，本发明通过融合系统资源配置数据、用户通信行为数据、载波频谱监视数据以及波束功放映射数据，采用关联分析方法，得到合适的波束资源动态调整方案，以提升单波束的通信业务承载能力，提高用户满意度。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
需要说明的是：
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备固有相关。各种通用装置也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的检测电子设备的佩戴状态的装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
例如，图5示出了根据本发明一个实施例的电子设备的结构示意图。该电子设备传统上包括处理器51和被安排成存储计算机可执行指令(程序代码)的存储器52。存储器52可以是诸如闪存、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。存储器52具有存储用于执行图1所示的以及各实施例中的任何方法步骤的程序代码54的存储空间53。例如，用于存储程序代码的存储空间53可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个程序代码54。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘(CD)、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。这样的计算机程序产品通常为例如图6所述的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质可以具有与图5的电子设备中的存储器52类似布置的存储段、存储空间等。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。通常，存储空间存储有用于执行根据本发明的方法步骤的程序代码61，即可以有诸如处理器51读取的程序代码，当这些程序代码由电子设备运行时，导致该电子设备执行上面所描述的方法中的各个步骤。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种面向多波束卫星移动通信系统波束资源动态调整方法，其特征在于，包括：
获取多波束卫星移动通信系统的系统资源配置数据、用户通信行为数据、载波频谱监视数据和波束功放映射数据；
根据所述用户通信行为数据确定各波束的通信情况，根据所述系统资源配置数据和所述载波频谱监视数据确定各波束的受扰情况，根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性；
设置各波束的用户实时电路域业务数上限和用户实时分组域业务数上限以及受扰频点数上限，根据所述各波束的通信情况、所述各波束的受扰情况和所述波束功率分配相关性对波束资源进行动态调整。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述用户通信行为数据确定各波束的通信情况，根据所述系统资源配置数据和所述载波频谱监视数据确定各波束的受扰情况，根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性，包括：
在用户通信行为数据中按波束号查询统计各波束下用户实时入网通信数，确定各波束的通信情况；
对所述系统资源配置数据与所述载波频谱监视数据进行关联分析，按受扰频段查询统计各波束下实时受扰的频点数，并判断各波束的广播与公共控制信道频点是否受扰；
根据所述波束功放映射数据计算波束信号在所有功放单元上的功率分布相似性，确定波束功率分配相关性。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性，包括：
采用相对熵方法根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用相对熵方法根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性，包括：
根据如下公式计算两两波束之间的功率分配相关系数，根据所述功率分配相关系数，确定波束功率分配相关性：
Figure FDA0003538265370000021
其中，COX为波束o与波束X之间的功率分配相关系数，dOj表示波束o内信号在第j个功放上的功率分配比例，dXj表示波束X内信号在第j个功放上的功率分配比例。
5.一种面向多波束卫星移动通信系统波束资源动态调整装置，其特征在于，包括：
数据获取单元，用于获取多波束卫星移动通信系统的系统资源配置数据、用户通信行为数据、载波频谱监视数据和波束功放映射数据；
关联分析单元，用于根据所述用户通信行为数据确定各波束的通信情况，根据所述系统资源配置数据和所述载波频谱监视数据确定各波束的受扰情况，根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性；
动态调整单元，用于设置各波束的用户实时电路域业务数上限和用户实时分组域业务数上限以及受扰频点数上限，根据所述各波束的通信情况、所述各波束的受扰情况和所述波束功率分配相关性对波束资源进行动态调整。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述关联分析单元进一步用于：
在用户通信行为数据中按波束号查询统计各波束下用户实时入网通信数，确定各波束的通信情况；
对所述系统资源配置数据与所述载波频谱监视数据进行关联分析，按受扰频段查询统计各波束下实时受扰的频点数，并判断各波束的广播与公共控制信道频点是否受扰；
根据所述波束功放映射数据计算波束信号在所有功放单元上的功率分布相似性，确定波束功率分配相关性。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述关联分析单元进一步用于：
采用相对熵方法根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述采用相对熵方法根据所述波束功放映射数据确定波束功率分配相关性，包括：
根据如下公式计算两两波束之间的功率分配相关系数，根据所述功率分配相关系数，确定波束功率分配相关性：
Figure FDA0003538265370000031
其中，Cox为波束O与波束X之间的功率分配相关系数，dOj表示波束O内信号在第j个功放上的功率分配比例，dXj表示波束X内信号在第j个功放上的功率分配比例。
9.一种电子设备，其特征在于，该电子设备包括：
处理器；以及，
被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行根据权利要求1-4中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被处理器执行时，实现权利要求1-4中任一项所述的方法。
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