CN115119317A - 一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法与系统 - Google Patents

一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法与系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115119317A
CN115119317A CN202211039795.8A CN202211039795A CN115119317A CN 115119317 A CN115119317 A CN 115119317A CN 202211039795 A CN202211039795 A CN 202211039795A CN 115119317 A CN115119317 A CN 115119317A
Authority
CN
China
Prior art keywords
outbound
multicast
effective
combination
user equipment
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
CN202211039795.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115119317B (zh
Inventor
李井源
周蓉
黄新明
倪少杰
欧钢
刘增军
张可
陈雷
周超
杨宇
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.)
National University of Defense Technology
Original Assignee
National University of Defense Technology
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 National University of Defense Technology filed Critical National University of Defense Technology
Priority to CN202211039795.8A priority Critical patent/CN115119317B/zh
Publication of CN115119317A publication Critical patent/CN115119317A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115119317B publication Critical patent/CN115119317B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
    • H04W72/046—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource the resource being in the space domain, e.g. beams
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/06—Selective distribution of broadcast services, e.g. multimedia broadcast multicast service [MBMS]; Services to user groups; One-way selective calling services
    • H04W4/08—User group management
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/04—Large scale networks; Deep hierarchical networks
    • H04W84/06—Airborne or Satellite Networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

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

Abstract

本申请涉及一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法与系统。所述方法包括：根据当前出站链路状态对用户进行分类，得到多个具有相同出站响应波束组合；从最少数量的出站响应波束组合开始搜索有效出站响应波束组合，对有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，根据计算结果确定最优出站波束组合；利用最优出站波束组合对应的资源占用和用户设备的可支持的最大出站信息速率进行计算，得到最大组播出站波束数量；当前有效出站波束组合中波束的数量达到最大组播出站波束数量时，停止出站波束组合的搜索，输出最优出站方式。采用本方法能够在保证可靠通信的前提下尽量减少组播通信中相同内容的重复播发。

Description

一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法与系统
技术领域
本申请涉及卫星通信技术领域，特别是涉及一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法与系统。
背景技术
卫星通信系统主要由空间段、地面控制中心和用户段组成，空间段由包含若干颗卫星的卫星星座组成，这些卫星(出站转发器、入站转发器)转发由地面中心站发出的出站信号和用户设备发出的入站信号，具备一定的抗干扰能力。地面控制中心完成用户信号收发测量和信息收发处理，并对整个系统的运行进行管理控制。用户段是指带有卫星消息收发功能的用户设备终端，接收来自地面控制中心的数据业务以及控制消息，以随机接入的方式发送入站消息，实现定位、定时、短报文通信等功能。使用单播（Unicast）传输时，在发送者和接收者之间需要单独的一对全双工卫星通信信道。如果有大量主机同时希望获得数据包的同一份拷贝时，则需要使用多路全双工的卫星通信信道来完成，这就需要增加硬件和带宽等珍贵的资源。
在北斗二号短报文通信中除了单播通信方式外，还定义了通播通信方式，工作模式类似于广播通信，即指挥型用户设备使用通播地址向组内所有普通用户发送消息，组内所有普通用户使用通播地址接收指挥型用户设备的消息，但属于同一个通播组的普通用户设备之间不能进行通播通信。为解决通播通信中组内普通用户只能单向接收指挥型用户设备的消息，而无法共享信息的缺陷，北斗卫星通信中引入了组播通信。组播通信是指若干普通终端用户临时或永久性地组成组，如同微信中“微信群”概念，组内任一用户可以共享信息，能够接收/发给其他普通终端信息。这种通信方式能够节约大量相同内容的卫星信道分发带宽。目前组播消息出站采用的策略是地面控制中心将组播消息从所有波束以最低信息速率发送给用户设备，这种方法简单，可靠性高，能保证组播内所有在线用户都可接收到出站信号，但不是最高效的出站信道资源分配方式，对于出站资源极其有限的卫星通信来说存在资源浪费。如何保证通信可靠性的前提下，有效节省卫星出站链路带宽，成为卫星组播通信目前亟待解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够在保证可靠通信的前提下尽量减少组播通信中相同内容的重复播发的一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法与系统。
一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法，所述方法包括：
获取用户设备的当前出站链路状态；当前出站链路状态包括用户设备的可支持的最大出站信息速率；
根据当前出站链路状态对用户进行分类，得到多个具有相同出站响应波束组合；
从最少数量的出站响应波束组合开始搜索有效出站响应波束组合，对有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，根据计算结果确定最优出站波束组合；
利用最优出站波束组合对应的资源占用和用户设备的可支持的最大出站信息速率进行计算，得到最大组播出站波束数量；
当前有效出站波束组合中波束的数量达到最大组播出站波束数量时，停止出站波束组合的搜索，输出最优出站方式。
在其中一个实施例中，根据当前出站链路状态对用户进行分类，得到多个具有相同出站响应波束组合，包括：
根据组播组内所有用户上报的最新出站链路状态对用户进行分类，排除离线用户设备或无响应波束的用户设备，将具有相同出站响应波束的用户设备归为一类，得到多个具有相同出站响应波束组合为
Figure 198434DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 17486DEST_PATH_IMAGE002
其中，i表示第i类具有相同出站响应波束的用户设备，U为将N个用户按具有相同出站响应波束分类后的分类总数，j表示第j个出站波束号，M为所述出站响应波束的总数，若第i类用户设备上报响应出站波束号为j，则
Figure 576643DEST_PATH_IMAGE003
为1，否则为0，
Figure 164751DEST_PATH_IMAGE004
表示用户出站波束指示位。
在其中一个实施例中，有效出站响应波束组合为组播消息按指定的出站波束组合方式进行出站时，能保证组播内所有在线用户设备都能正常接收到1个或1个以上的组播消息的出站波束组合；从最少数量的出站响应波束组合开始搜索有效出站响应波束组合，对有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，根据计算结果确定最优出站波束组合，包括：
先从出站波束组合中只有1个波束开始搜索，查看组播内所有在线用户设备的出站消息是否能从1个出站响应波束发送，再依次增加出站波束组合中的波束数量搜索有效出站响应波束组合；
对有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，得到有效出站波束组合对应的资源占用为
Figure 26527DEST_PATH_IMAGE005
。
在其中一个实施例中，对所有有效出站响应波束组合进行遍历，当计算出来的当前有效出站波束组合计算结果yk小于上一个有效出站波束组合计算结果yk-1时，令ymin=yk，保存当前出站波束组合k，出站波束v对应的信息速率Rv和当前有效出站波束组合对应的资源占用ymin；若yk>yk-1，ymin=yk-1，抛弃当前出站波束组合k，直至得到最优出站波束组合。
在其中一个实施例中，先从出站波束组合中只有1个波束开始搜索，查看组播内所有在线用户设备的出站消息是否能从1个出站响应波束发送，再依次增加出站波束组合中的波束数量搜索有效出站响应波束组合，包括：
步骤1：根据所有用户设备的出站链路状态设置出站链路状态矩阵A，先从出站波束组合中只有1个波束的组合开始搜索，将全1的行向量T与矩阵A相乘，得到行向量B，若矩阵B内有元素值等于U，则组播内所有在线用户设备组有相同的可接收出站波束；
若矩阵B内各元素bj都小于U，则组播内所有在线用户设备组没有相同的可接收出站波束，进入步骤2；
步骤2：采用矩阵转换进行快速搜索波束数量为2个的出站波束组合，将矩阵P与A相乘，再与步骤1中得到的矩阵B的转置矩阵相加，得到矩阵Q，查看矩阵Q上三角或下三角内否有元素值qij等于U，若有，说明出站组播消息可以从{i，j}这2个波束出站；其中，
Figure 723088DEST_PATH_IMAGE006
；
若矩阵Q中所有元素值qij皆小于U，进入步骤3；
步骤3：采用遍历方法进行搜索波束数量为2个或2个以上的有效组播出站波束组合方式，在确定有效组播出站的波束数量n前提下，不同的组合方式共有
Figure 197188DEST_PATH_IMAGE007
种，遍历所有的可能波束组合方式，分别计算不同组合方式下的波束组合有效标识wk，若wk=1，表示第k种组播出站波束组合方式是有效的，若wk<1，表示第k种组播出站波束组合方式不是有效的。
在其中一个实施例中，遍历所有的可能波束组合方式，分别计算不同组合方式下的波束组合有效标识，包括：
遍历所有的可能波束组合方式，分别计算不同组合方式下的波束组合有效标识为
Figure 170960DEST_PATH_IMAGE008
；其中，
Figure 62693DEST_PATH_IMAGE009
表示出站波束有效指示位，
Figure 856336DEST_PATH_IMAGE010
，j表示第k种组播出站波束组合方式中波束的编号。
在其中一个实施例中，对有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，得到有效出站波束组合对应的资源占用，包括：
对有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，得到有效出站波束组合对应的资源占用为
Figure 757296DEST_PATH_IMAGE011
其中，v为有效组播出站波束组合中波束的编号，n为有效组播出站的波束数量，Rv为出站波束v对应的信息速率。
在其中一个实施例中，利用最优出站波束组合对应的资源占用和用户设备的可支持的最大出站信息速率进行计算，得到最大组播出站波束数量，包括：
Figure 54417DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 648209DEST_PATH_IMAGE013
表示四舍五入取整，
Figure 162105DEST_PATH_IMAGE014
表示理论上的出站资源占用，
Figure 866755DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 283961DEST_PATH_IMAGE016
为用户设备q的可支持的最大出站信息速率，N表示用户设备的总数，
Figure 924021DEST_PATH_IMAGE017
表示出站响应波束的总数，
Figure 551312DEST_PATH_IMAGE018
表示最小的出站资源占用。
一种卫星组播通信出站资源优化配置的系统，所述系统包括用户设备和地面控制中心；
用户设备用于测量卫星各波束出站链路状态，并周期性或事件触发性将出站链路状态发送给地面控制中心，出站链路状态包括用户设备可接收到出站波束，以及相应的载噪比或可支持的最大出站信息速率。
用户设备包括出站链路测量单元和出站链路状态报告发送单元，出站链路测量单元用于测量接收到的出站信号功率电平和/或信号质量；出站链路状态发送单元用于周期性或事件触发性发送出站波束状态报告；
地面控制中心根据接收到的组播用户上报的出站链路状态对用户进行分类，得到多个具有相同出站响应波束组合；从最少数量的出站响应波束组合开始搜索有效出站响应波束组合，对有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，根据计算结果确定最优出站波束组合；利用最优出站波束组合对应的资源占用和用户设备的可支持的最大出站信息速率进行计算，得到最大组播出站波束数量；当前有效出站波束组合中波束的数量达到所述最大组播出站波束数量时，停止出站波束组合的搜索，输出最优出站方式，并计算最优的出站波束组合中各波束的信息速率，当有组播通信需求时，按照最新的出站波束组合方式和各波束的信息速率发送组播消息；
地面控制中心包括入站信号接收单元以及组播出站资源分配单元，入站信号接收单元用于接收和解析用户设备发送的出站链路状态报告；组播出站资源分配单元用于为组播用户设备配置出站消息对应的出站波束和相应的信息速率。
上述一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法与系统，本申请利用组播用户反馈的出站链路状态信息对用户进行分类，得到多个具有相同出站响应波束组合，从最少数量的出站响应波束组合开始快速搜索到最优的出站波束组合和相应的出站信息速率，保证可靠通信的前提下，节省卫星出站链路的信道资源，尤其适合出站资源受限的卫星通信系统。
附图说明
图1为一个实施例中一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法的流程示意图；
图2为一个实施例中一种卫星组播通信出站资源优化配置的系统的示意图；
图3为一个实施例中提供的一种用户设备的示意图；
图4为另一个实施例中提供的一种地面控制中心的示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法，包括以下步骤：
步骤102，获取用户设备的当前出站链路状态；当前出站链路状态包括用户设备的可支持的最大出站信息速率；根据当前出站链路状态对用户进行分类，得到多个具有相同出站响应波束组合。
出站链路状态还包括用户设备可接收到出站波束以及相应的载噪比或可支持的最大出站信息速率等级，根据当前出站链路状态对用户进行分类，可以减少后续在组播通信中相同内容的重复播发。
步骤104，从最少数量的出站响应波束组合开始搜索有效出站响应波束组合，对有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，根据计算结果确定最优出站波束组合。
有效出站响应波束组合为组播消息按指定的出站波束组合方式进行出站时，能保证组播内所有在线用户设备都可以正常接收到1个或1个以上的组播消息的出站波束组合，对有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，选择资源占用最小即出站传输效率更高的有效出站响应波束组合进行出站。
步骤106，利用最优出站波束组合对应的资源占用和用户设备的可支持的最大出站信息速率进行计算，得到最大组播出站波束数量。
步骤108，当前有效出站波束组合中波束的数量达到最大组播出站波束数量时，停止出站波束组合的搜索，输出最优出站方式。
当前有效出站波束组合中波束的数量达到最大组播出站波束数量时，停止出站波束组合的搜索，当前计算结果即为最优的出站方式，最优的出站方式包括最优出站波束组合，最优出站波束组合对应的资源占用和出站波束对应的信息速率。
上述一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法中，本申请利用组播用户反馈的出站链路状态信息对用户进行分类，得到多个具有相同出站响应波束组合，从最少数量的出站响应波束组合开始快速搜索到最优的出站波束组合和相应的出站信息速率，保证可靠通信的前提下，节省卫星出站链路的信道资源，尤其适合出站资源受限的卫星通信系统。
在其中一个实施例中，根据当前出站链路状态对用户进行分类，得到多个具有相同出站响应波束组合，包括：
根据组播组内所有用户上报的最新出站链路状态对用户进行分类，排除离线用户设备或无响应波束的用户设备，将具有相同出站响应波束的用户设备归为一类，得到多个具有相同出站响应波束组合为
Figure 669441DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 65787DEST_PATH_IMAGE020
其中，i表示第i类具有相同出站响应波束的用户设备，U为将N个用户按具有相同出站响应波束分类后的分类总数，j表示第j个出站波束号，M为所述出站响应波束的总数，若第i类用户设备上报响应出站波束号为j，则aij为1，否则为0，
Figure 470223DEST_PATH_IMAGE021
表示用户出站波束指示位。
在具体实施例中，考虑出站波束t当前的负载程度，若出站波束t负载过高，组播消息出站排队时间超过门限值，那么将ait设为0。
在其中一个实施例中，有效出站响应波束组合为组播消息按指定的出站波束组合方式进行出站时，能保证组播内所有在线用户设备都能正常接收到1个或1个以上的组播消息的出站波束组合；从最少数量的出站响应波束组合开始搜索有效出站响应波束组合，对有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，根据计算结果确定最优出站波束组合，包括：
先从出站波束组合中只有1个波束开始搜索，查看组播内所有在线用户设备的出站消息是否能从1个出站响应波束发送，再依次增加出站波束组合中的波束数量搜索有效出站响应波束组合；
对有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，得到有效出站波束组合对应的资源占用为yk。
在其中一个实施例中，对所有有效出站响应波束组合进行遍历，当计算出来的当前有效出站波束组合计算结果yk小于上一个有效出站波束组合计算结果yk-1时，令ymin=yk，保存当前出站波束组合k，出站波束v对应的信息速率Rv和当前有效出站波束组合对应的资源占用ymin；若yk>yk-1，ymin=yk-1，抛弃当前出站波束组合k，直至得到最优出站波束组合。
在其中一个实施例中，先从出站波束组合中只有1个波束开始搜索，查看组播内所有在线用户设备的出站消息是否能从1个出站响应波束发送，再依次增加出站波束组合中的波束数量搜索有效出站响应波束组合，包括：
步骤1：根据所有用户设备的出站链路状态设置出站链路状态矩阵A，先从出站波束组合中只有1个波束的组合开始搜索，将全1的行向量T与矩阵A相乘，得到行向量B，若矩阵B内有元素值等于U，则组播内所有在线用户设备组有相同的可接收出站波束；
若矩阵B内各元素bj都小于U，则组播内所有在线用户设备组没有相同的可接收出站波束，进入步骤2；
步骤2：采用矩阵转换进行快速搜索波束数量为2个的出站波束组合，将矩阵P与A相乘，再与步骤1中得到的矩阵B的转置矩阵相加，得到矩阵Q，查看矩阵Q上三角或下三角内否有元素值qij等于U，若有，说明出站组播消息可以从{i，j}这2个波束出站；其中，
Figure 961641DEST_PATH_IMAGE022
；
若矩阵Q中所有元素值qij皆小于U，进入步骤3；
步骤3：采用遍历方法进行搜索波束数量为2个或2个以上的有效组播出站波束组合方式，在确定有效组播出站的波束数量n前提下，不同的组合方式共有
Figure 742515DEST_PATH_IMAGE023
种，遍历所有的可能波束组合方式，分别计算不同组合方式下的波束组合有效标识wk，若wk=1，表示第k种组播出站波束组合方式是有效的，若wk<1，表示第k种组播出站波束组合方式不是有效的。
在其中一个实施例中，遍历所有的可能波束组合方式，分别计算不同组合方式下的波束组合有效标识，包括：
遍历所有的可能波束组合方式，分别计算不同组合方式下的波束组合有效标识为
Figure 134313DEST_PATH_IMAGE024
；其中，
Figure 975230DEST_PATH_IMAGE025
表示出站波束有效指示位，
Figure 718058DEST_PATH_IMAGE026
，j表示第k种组播出站波束组合方式中波束的编号。
在其中一个实施例中，对有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，得到有效出站波束组合对应的资源占用，包括：
对有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，得到有效出站波束组合对应的资源占用为
Figure 177990DEST_PATH_IMAGE027
其中，v为有效组播出站波束组合中波束的编号，n为有效组播出站的波束数量，Rv为出站波束v对应的信息速率。
在具体实施例中，信息速率由所有选择出站波束v作为优选出站波束的用户设备中最低的信息速率来确定。对于确定的出站波束组合k，若用户设备有1个以上的可选的出站波束，那么优选信息速率最高的波束作为出站波束。
在其中一个实施例中，利用最优出站波束组合对应的资源占用和用户设备的可支持的最大出站信息速率进行计算，得到最大组播出站波束数量，包括：
Figure 548928DEST_PATH_IMAGE028
其中，
Figure 934648DEST_PATH_IMAGE029
表示四舍五入取整，
Figure 758247DEST_PATH_IMAGE030
表示理论上的出站资源占用，
Figure 21870DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure 247315DEST_PATH_IMAGE032
为用户设备q的可支持的最大出站信息速率，N表示用户设备的总数，
Figure 305400DEST_PATH_IMAGE033
表示出站响应波束的总数，
Figure 616296DEST_PATH_IMAGE034
表示最小的出站资源占用。
在具体实施例中，最优出站方式的搜索过程如下：
某个组播组共有8个用户设备，卫星出站波束总数为6个，各用户设备反馈的出站链路状态如表1所示：
表1
Figure 542664DEST_PATH_IMAGE035
步骤1：用户设备a和e，d和f分别具有相同的出站可接收波束，因此可分别合并为1类用户设备。那么反映各用户设备出站波束接收状态的矩阵可表示为：
Figure 497981DEST_PATH_IMAGE036
步骤2：先搜索有效出站波束组合只有1个出站波束的情况，将全1的行向量T1与A相乘，得到行向量B，查看B向量中是否有元素值等于U，有的话，说明组播内所有在线用户设备组有相同的可接收出站波束，
Figure 747873DEST_PATH_IMAGE037
由此可见，矩阵B内各元素bj都小于6，说明组播内所有在线用户设备组没有相同的可接收出站波束。
步骤3：搜索有效出站波束组合有2个不同出站波束的情况：
Figure 811644DEST_PATH_IMAGE038
通过查看Q矩阵的上三角元素，可见
Figure 417069DEST_PATH_IMAGE039
和
Figure 351527DEST_PATH_IMAGE040
的取值为6，或者通过查看Q矩阵的下三角元素，可见
Figure 751415DEST_PATH_IMAGE041
,
Figure 36903DEST_PATH_IMAGE042
的取值为6，元素下角标表示有效出站波束组合，即有效波束组合有2种｛1，4｝和｛3，4｝。
步骤4：分别计算组播出站波束组合｛1，4｝和｛3，4｝的资源占用
Figure 180440DEST_PATH_IMAGE043
。
首先计算组播出站波束｛3，4｝的资源占用
Figure 234983DEST_PATH_IMAGE044
：
用户设备a～h从可选波束｛3，4｝中按照出站波束载噪比/可支持的最大信息速率最高来选择出站波束。如表2所示，比如用户设备b从波束3和4中选择信息速率更高的波束3做为出站波束。用户设备｛a，b，e，h｝的组播消息从波束3发送，波束3对应的信息速率为用户设备｛a，b，e，h｝中最低可支持的信息速率，即4kbps；用户设备｛c，d，f，g｝的组播消息从波束4发送，波束4对应的信息速率为用户设备｛c，d，f，g｝中最低可支持的信息速率，即8kbps，最终组播出站波束｛3，4｝的资源占用y1=1/4+1/8=3/8。
表2
Figure 569888DEST_PATH_IMAGE045
用相同的方法可以计算出组播出站波束｛1，4｝的资源占用
Figure 342671DEST_PATH_IMAGE046
。因此当前
Figure 289899DEST_PATH_IMAGE047
。
根据ymin计算出最大的组播出站波束组合中的波束数量
Figure 464528DEST_PATH_IMAGE048
：
Figure 206219DEST_PATH_IMAGE049
步骤5：继续搜索有效出站波束组合包含3个不同出站波束的情况：
有效出站波束组合包含3个不同出站波束的情况有
Figure 200720DEST_PATH_IMAGE050
=20种，分别计算不同组合方式下的波束组合有效标识wk，由于步骤4中已获知波束｛1，4｝和｛3，4｝组合为有效出站波束组合，因此在3个不同出站波束组合中包含了｛1，4｝和｛3，4｝组合方式的可以不参与
Figure 686059DEST_PATH_IMAGE051
的计算，直接定为有效出站波束组合，故无需参与计算的组合方式包括{1,2,4}，{1,3,4}，{1,4,5}，{1,4,6}，{2,3,4}，{3,4,5}和{3,4,6}，如表3所示，
Figure 715195DEST_PATH_IMAGE052
其中
Figure 129252DEST_PATH_IMAGE053
，j表示第k种组播出站波束组合方式中波束的编号。
表3
Figure 876628DEST_PATH_IMAGE054
按照步骤4类似的方法计算10种有效组播出站波束组合方式对应的资源占用yk，各有效组播出站波束组合方式对应的出站资源占用如表4所示：
表4
Figure 24713DEST_PATH_IMAGE055
由此可见，当前
Figure 783722DEST_PATH_IMAGE056
。
根据ymin计算出最大的组播出站波束组合中的波束数量
Figure 257428DEST_PATH_IMAGE057
：
Figure 836308DEST_PATH_IMAGE058
步骤6：继续搜索有效出站波束组合包含4个不同出站波束的情况：有效出站波束组合包含4个不同出站波束的情况有
Figure 788084DEST_PATH_IMAGE059
=15种，分别计算不同组合方式下的波束组合有效标识wk，由于步骤3和5中已获知波束｛1，4｝，｛3，4｝，｛2，4，6｝，｛2，5，6｝和｛3，5，6｝组合为有效出站波束组合，因此在4个不同出站波束组合中包含了上述组合方式的可以不参与wk的计算，直接定为有效出站波束组合。因此仅剩下｛1，2，3，5｝和｛1，2，3，6｝2种组合方式需要按照步骤5的方法进行判断是否为有效组合方式，最后得到13种有效的波束组合方式。
按照步骤4类似的方法计算13种有效组播出站波束组合方式对应的资源占用yk，如表5所示：
表5
Figure 667178DEST_PATH_IMAGE060
由此可见，当前
Figure 46207DEST_PATH_IMAGE061
，由于
Figure 876497DEST_PATH_IMAGE062
，因此停止搜索。选择出站波束数量最少的{2,3,4}组合方式做为最后方案，波束2/3/4的出站信息速率分别为16/8/8kbps。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种卫星组播通信出站资源优化配置的系统，包括：用户设备和地面控制中心，其中：
用户设备用于测量卫星各波束出站链路状态，并周期性或事件触发性将出站链路状态发送给地面控制中心，出站链路状态包括用户设备可接收到出站波束，以及相应的载噪比或可支持的最大出站信息速率。
用户设备包括出站链路测量单元和出站链路状态报告发送单元，出站链路测量单元用于测量接收到的出站信号功率电平和/或信号质量；出站链路状态发送单元用于周期性或事件触发性发送出站波束状态报告；
地面控制中心根据接收到的组播用户上报的出站链路状态对用户进行分类，得到多个具有相同出站响应波束组合；从最少数量的出站响应波束组合开始搜索有效出站响应波束组合，对有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，根据计算结果确定最优出站波束组合；利用最优出站波束组合对应的资源占用和用户设备的可支持的最大出站信息速率进行计算，得到最大组播出站波束数量；当前有效出站波束组合中波束的数量达到所述最大组播出站波束数量时，停止出站波束组合的搜索，输出最优出站方式，并计算最优的出站波束组合中各波束的信息速率，当有组播通信需求时，按照最新的出站波束组合方式和各波束的信息速率发送组播消息。
地面控制中心包括入站信号接收单元以及组播出站资源分配单元，入站信号接收单元用于接收和解析用户设备发送的出站链路状态报告；组播出站资源分配单元用于为组播用户设备配置出站消息对应的出站波束和相应的信息速率。
在一个实施例中，如图3所示为本发明实施例提供的一种用户设备，该用户设备包括：用户设备包括出站链路测量单元和出站链路状态报告发送单元，出站链路测量单元用于测量接收到的出站信号功率电平和/或信号质量；出站链路状态发送单元用于周期性或事件触发性发送出站波束状态报告。
在一个实施例中，如图4所示为本发明实施例提供的一种地面控制中心，地面控制中心包括入站信号接收单元以及组播出站资源分配单元，所述入站信号接收单元用于接收和解析用户设备发送的出站链路状态报告；组播出站资源分配单元用于为组播用户设备配置出站消息对应的出站波束和相应的信息速率。
上述一种卫星组播通信出站资源优化配置的系统中，地面控制中心利用组播用户反馈的出站链路状态信息对用户进行分类，得到多个具有相同出站响应波束组合，从最少数量的出站响应波束组合开始快速搜索到最优的出站波束组合和相应的出站信息速率，当有组播通信需求时，按照最新的出站波束组合方式和各波束的信息速率发送组播消息，保证可靠通信的前提下，节省卫星出站链路的信道资源，尤其适合出站资源受限的卫星通信系统。
关于一种卫星组播通信出站资源优化配置的系统的具体限定可以参见上文中对于一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法的限定，在此不再赘述。上述一种卫星组播通信出站资源优化配置的系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取用户设备的当前出站链路状态；所述当前出站链路状态包括用户设备的可支持的最大出站信息速率；
根据所述当前出站链路状态对用户进行分类，得到多个具有相同出站响应波束组合；
从最少数量的出站响应波束组合开始搜索有效出站响应波束组合，对所述有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，根据计算结果确定最优出站波束组合；
利用所述最优出站波束组合对应的资源占用和用户设备的可支持的最大出站信息速率进行计算，得到最大组播出站波束数量；
当前有效出站波束组合中波束的数量达到所述最大组播出站波束数量时，停止出站波束组合的搜索，输出最优出站方式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述当前出站链路状态对用户进行分类，得到多个具有相同出站响应波束组合，包括：
根据组播组内所有用户上报的最新出站链路状态对用户进行分类，排除离线用户设备或无响应波束的用户设备，将具有相同出站响应波束的用户设备归为一类，得到多个具有相同出站响应波束组合为
Figure 609112DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 57411DEST_PATH_IMAGE002
其中，i表示第i类具有相同出站响应波束的用户设备，U为将N个用户按具有相同出站响应波束分类后的分类总数，j表示第j个出站波束号，M为所述出站响应波束的总数，若第i类用户设备上报响应出站波束号为j，则
Figure 756856DEST_PATH_IMAGE003
为1，否则为0，
Figure 683224DEST_PATH_IMAGE004
表示用户出站波束指示位。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述有效出站响应波束组合为组播消息按指定的出站波束组合方式进行出站时，能保证组播内所有在线用户设备都能正常接收到1个或1个以上的组播消息的出站波束组合；从最少数量的出站响应波束组合开始搜索有效出站响应波束组合，对所述有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，根据计算结果确定最优出站波束组合，包括：
先从出站波束组合中只有1个波束开始搜索，查看组播内所有在线用户设备的出站消息是否能从1个出站响应波束发送，再依次增加出站波束组合中的波束数量搜索有效出站响应波束组合；
对有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，得到有效出站波束组合对应的资源占用为
Figure 904121DEST_PATH_IMAGE005
。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所有有效出站响应波束组合进行遍历，当计算出来的当前有效出站波束组合计算结果
Figure 257742DEST_PATH_IMAGE006
小于上一个有效出站波束组合计算结果
Figure 931300DEST_PATH_IMAGE007
时，令
Figure 395779DEST_PATH_IMAGE008
，保存当前出站波束组合k，出站波束v对应的信息速率
Figure 595816DEST_PATH_IMAGE009
和当前有效出站波束组合对应的资源占用
Figure 995705DEST_PATH_IMAGE010
；若
Figure 281193DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 923264DEST_PATH_IMAGE012
，抛弃当前出站波束组合k，直至得到最优出站波束组合。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，先从出站波束组合中只有1个波束开始搜索，查看组播内所有在线用户设备的出站消息是否能从1个出站响应波束发送，再依次增加出站波束组合中的波束数量搜索有效出站响应波束组合，包括：
步骤1：根据所有用户设备的出站链路状态设置出站链路状态矩阵A，先从出站波束组合中只有1个波束的组合开始搜索，将全1的行向量T与矩阵A相乘，得到行向量B，若矩阵B内有元素值等于U，则组播内所有在线用户设备组有相同的可接收出站波束；
若矩阵B内各元素
Figure 977808DEST_PATH_IMAGE013
都小于U，则组播内所有在线用户设备组没有相同的可接收出站波束，进入步骤2；
步骤2：采用矩阵转换进行快速搜索波束数量为2个的出站波束组合，将矩阵P与A相乘，再与步骤1中得到的矩阵B的转置矩阵相加，得到矩阵Q，查看矩阵Q上三角或下三角内否有元素值
Figure 548598DEST_PATH_IMAGE014
等于U，若有，说明出站组播消息可以从
Figure 321382DEST_PATH_IMAGE015
这2个波束出站；其中，
Figure 3030DEST_PATH_IMAGE016
；
若矩阵Q中所有元素值
Figure 177659DEST_PATH_IMAGE017
皆小于U，进入步骤3；
步骤3：采用遍历方法进行搜索波束数量为2个或2个以上的有效组播出站波束组合方式，在确定有效组播出站的波束数量n前提下，不同的组合方式共有
Figure 919350DEST_PATH_IMAGE018
种，遍历所有的可能波束组合方式，分别计算不同组合方式下的波束组合有效标识
Figure 179430DEST_PATH_IMAGE019
，若
Figure 523824DEST_PATH_IMAGE020
，表示第k种组播出站波束组合方式是有效的，若
Figure 929791DEST_PATH_IMAGE021
，表示第k种组播出站波束组合方式不是有效的。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，遍历所有的可能波束组合方式，分别计算不同组合方式下的波束组合有效标识，包括：
遍历所有的可能波束组合方式，分别计算不同组合方式下的波束组合有效标识为
Figure 232596DEST_PATH_IMAGE022
；
其中，
Figure 324180DEST_PATH_IMAGE023
表示出站波束有效指示位，
Figure 737844DEST_PATH_IMAGE024
，j表示第k种组播出站波束组合方式中波束的编号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对所述有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，得到有效出站波束组合对应的资源占用，包括：
对所述有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，得到有效出站波束组合对应的资源占用为
Figure 355907DEST_PATH_IMAGE025
其中，v为所述有效组播出站波束组合中波束的编号，n为所述有效组播出站的波束数量，
Figure 704980DEST_PATH_IMAGE026
为出站波束v对应的信息速率。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，利用所述最优出站波束组合对应的资源占用和用户设备的可支持的最大出站信息速率进行计算，得到最大组播出站波束数量，包括：
Figure 674073DEST_PATH_IMAGE027
其中，
Figure 501215DEST_PATH_IMAGE028
表示四舍五入取整，
Figure 504943DEST_PATH_IMAGE029
表示理论上的出站资源占用，
Figure 523452DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 979841DEST_PATH_IMAGE031
为用户设备q的可支持的最大出站信息速率，N表示用户设备的总数，
Figure 345095DEST_PATH_IMAGE032
表示出站响应波束的总数，
Figure 203329DEST_PATH_IMAGE033
表示最小的出站资源占用。
9.一种卫星组播通信出站资源优化配置的系统，其特征在于，所述系统包括用户设备和地面控制中心；
所述用户设备用于测量卫星各波束出站链路状态，并周期性或事件触发性将出站链路状态发送给地面控制中心，出站链路状态包括用户设备可接收到出站波束，以及相应的载噪比或可支持的最大出站信息速率；
用户设备包括出站链路测量单元和出站链路状态发送单元，出站链路测量单元用于测量接收到的出站信号功率电平和/或信号质量；出站链路状态发送单元用于周期性或事件触发性发送出站波束状态报告；
地面控制中心根据接收到的组播用户上报的出站链路状态对用户进行分类，得到多个具有相同出站响应波束组合；从最少数量的出站响应波束组合开始搜索有效出站响应波束组合，对所述有效出站响应波束组合对应的资源占用进行计算，根据计算结果确定最优出站波束组合；利用所述最优出站波束组合对应的资源占用和用户设备的可支持的最大出站信息速率进行计算，得到最大组播出站波束数量；当前有效出站波束组合中波束的数量达到所述最大组播出站波束数量时，停止出站波束组合的搜索，输出最优出站方式，并计算最优的出站波束组合中各波束的信息速率，当有组播通信需求时，按照最新的出站波束组合方式和各波束的信息速率发送组播消息；
地面控制中心包括入站信号接收单元以及组播出站资源分配单元，所述入站信号接收单元用于接收和解析用户设备发送的出站链路状态报告；组播出站资源分配单元用于为组播用户设备配置出站消息对应的出站波束和相应的信息速率。
CN202211039795.8A 2022-08-29 2022-08-29 一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法与系统 Active CN115119317B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211039795.8A CN115119317B (zh) 2022-08-29 2022-08-29 一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法与系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211039795.8A CN115119317B (zh) 2022-08-29 2022-08-29 一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法与系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115119317A true CN115119317A (zh) 2022-09-27
CN115119317B CN115119317B (zh) 2022-11-01

Family

ID=83335543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211039795.8A Active CN115119317B (zh) 2022-08-29 2022-08-29 一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法与系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115119317B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117278949A (zh) * 2023-11-17 2023-12-22 中国人民解放军国防科技大学 一种针对低功耗用户终端的北斗短报文通信方法和系统
CN118101028A (zh) * 2024-02-01 2024-05-28 北斗应用发展研究院 支持民用手机的北斗短报文系统出站资源均衡方法和装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020032003A1 (en) * 2000-06-15 2002-03-14 Avraham Avitzour Multi-spot satellite system for broadband communication
US6625131B1 (en) * 1999-01-25 2003-09-23 Northrop Grumman Corporation Satellite communication multicast processing techniques using multicast replication and outbound processing
CN102892146A (zh) * 2012-09-04 2013-01-23 中国人民解放军国防科学技术大学 出站波束调度处理方法
CN105472666A (zh) * 2016-01-27 2016-04-06 中国人民解放军国防科学技术大学 一种出站链路信息速率自适应的方法、装置及系统
CN105657843A (zh) * 2016-01-27 2016-06-08 中国人民解放军国防科学技术大学 一种出站容量受限非对称卫星信道出站资源调度方法及装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6625131B1 (en) * 1999-01-25 2003-09-23 Northrop Grumman Corporation Satellite communication multicast processing techniques using multicast replication and outbound processing
US20020032003A1 (en) * 2000-06-15 2002-03-14 Avraham Avitzour Multi-spot satellite system for broadband communication
CN102892146A (zh) * 2012-09-04 2013-01-23 中国人民解放军国防科学技术大学 出站波束调度处理方法
CN105472666A (zh) * 2016-01-27 2016-04-06 中国人民解放军国防科学技术大学 一种出站链路信息速率自适应的方法、装置及系统
CN105657843A (zh) * 2016-01-27 2016-06-08 中国人民解放军国防科学技术大学 一种出站容量受限非对称卫星信道出站资源调度方法及装置

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LEI CHEN; CHENGYAO TANG; KE ZHANG; JINGYUAN LI; WEIHUA MOU: "An Adaptive Threshold Estimation for Coarse Synchronization in Transponding Satellite Communication System", 《2021 IEEE 4TH ADVANCED INFORMATION MANAGEMENT, COMMUNICATES, ELECTRONIC AND AUTOMATION CONTROL CONFERENCE (IMCEC)》 *
XIN LIU; YANG GE; CHENQIAN ZHAO; BO LI; RONG ZHOU: "A Study on Global Monitoring Station Optimization Deployment Method Based on Navigation Satellite Quadruple Observing Coverage", 《2021 INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMMUNICATIONS, INFORMATION SYSTEM AND COMPUTER ENGINEERING (CISCE)》 *
张有志; 李子木; 郝英川: "基于卫星的可靠组播协议研究", 《无线通信技术》 *
李井源: "卫星CDMA通信系统多用户检测与信干比估计算法研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库 (硕士) (信息科技辑)》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117278949A (zh) * 2023-11-17 2023-12-22 中国人民解放军国防科技大学 一种针对低功耗用户终端的北斗短报文通信方法和系统
CN117278949B (zh) * 2023-11-17 2024-01-30 中国人民解放军国防科技大学 一种针对低功耗用户终端的北斗短报文通信方法和系统
CN118101028A (zh) * 2024-02-01 2024-05-28 北斗应用发展研究院 支持民用手机的北斗短报文系统出站资源均衡方法和装置
CN118101028B (zh) * 2024-02-01 2024-08-13 北斗应用发展研究院 支持民用手机的北斗短报文系统出站资源均衡方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN115119317B (zh) 2022-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115119317B (zh) 一种卫星组播通信出站资源优化配置的方法与系统
Leiner et al. Issues in packet radio network design
US7110366B2 (en) Apparatus and method for peer-to-peer link monitoring of a wireless network with centralized control
Guo et al. Resource allocation for high-reliability low-latency vehicular communications with packet retransmission
US20030203741A1 (en) Autonomous distributed wireless network system, method of autonomous distributed wireless network communication and wireless terminal apparatus
CN107682434B (zh) 一种水下传感器网络架构及其实现方法
WO2008066432A1 (en) Method and apparatus for reducing the signalling bandwidth load by reporting measurements in differential manner in a multicast message
CN111885691B (zh) 无线携能网络的功率分配方法、装置和计算机设备
KR101756574B1 (ko) 셀룰러 무선 통신 네트워크에서 공동 수신을 수행하기 위한 방법들 및 네트워크 노드들
US7532578B2 (en) Communication system, communication method and mobile station
CN111585638B (zh) 星间网络通信方法、通信卫星以及系统
CN106301472A (zh) 在电力线网络中选择中继站点的方法及站点
CN110392426A (zh) 电力无线专网组播业务的传输策略、带宽选择方法及系统
Guo et al. Resource allocation for low-latency vehicular communications with packet retransmission
CN116806043A (zh) 路由选择方法、装置、电子设备及移动边缘网络
CN110691404A (zh) 一种多级链路数据上发和下发方法
CN115865781A (zh) 一种配电网台区双模混合数据传输控制方法及装置
CN112637055B (zh) 基于vpn隧道的多链路聚合方法、系统及存储介质
CN109219132B (zh) 信道选择方法与装置
CN113765703A (zh) 智能网关的数据传输切换控制方法和系统
CN111432352B (zh) 一种报文传输方法、装置、设备及存储介质
CN105900383A (zh) 通信系统、控制节点和通信方法
Mahmood et al. Delay constrained throughput analysis of SISO
CN113873045B (zh) 一种基于能力协商的文件多节点传输方法
WO2020125538A1 (zh) 下行基站选择方法、装置、设备及存储介质

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