CN115225144A - 一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法 - Google Patents

一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法 Download PDF

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CN115225144A CN202210906512.9A CN202210906512A CN115225144A CN 115225144 A CN115225144 A CN 115225144A CN 202210906512 A CN202210906512 A CN 202210906512A CN 115225144 A CN115225144 A CN 115225144A
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beams
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尤肖虎
汪茂
张喆
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Southeast University
Shanghai Spaceflight Electronic and Communication Equipment Research Institute
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Southeast University
Shanghai Spaceflight Electronic and Communication Equipment Research Institute
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    • H04B7/185Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851Systems using a satellite or space-based relay
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Abstract

本发明公开了一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法,该方法利用在卫星端生成并维护的波束管理列表,利用波束提供的空间自由度,对于不同数据优先级以及干扰状况的用户进行干扰管理和波束协作,提升系统频谱效益,改善信号覆盖的连续性和增强信号质量的可控度。所述波束资源分配原则是尽可能满足各终端业务QoS,同时尽可能处理系统当前流入负荷即业务数据。

Description

一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法
技术领域
本发明涉及多波束系统技术领域,特别是涉及一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法。
背景技术
对于物联网而言,其服务业务大多为短突发数据业务(Short Burst DataServices),如海事物联网中船的位置、行驶速度、目的地等。为满足物联网通信的QoS需求,多波束卫星通信系统资源管理是一个关键环节。在一些卫星无线通信系统中,如用于国际海事通信的甚高频(VHF,Very High Frequency)数据交换系统VDES(VHF Data ExchangeSystem),目前已有公开的技术特性文档ITU-R M.2092-0和以IALA为代表的相关组织的技术研讨文档IALA G1139中,卫星采用的是单波束天线(如Yagi天线)。因为卫星高度高,在地球表面的覆盖面积(field of view)广大,因而频谱效率极低,在通信频谱资源缺乏、海事物联网设备日益增多的情况下,必然需要引入多波束全频率复用(full frequency reuse)卫星系统通过空间波束(spatial beams)增加区域频谱效率(spatial spectralefficiency),弥补频谱的严重短缺。目前我国一个卫星的波束可达60多束,理论上,系统的容量可增加60倍。然而为保证波束间不留空隙(保证覆盖的连续性),现实条件下波束之间无法避免重叠,因而无法做到完全正交而引入波束之间的干扰,比之单天线覆盖下的通信质量,不仅SINR会影响,连续性和均匀性都会受到损伤,甚至可能抵消多波束带来系统容量的增长。因此一套切实可行的多波束系统资源管理方案对能否充分获取多波束带来的好处极为关键,赖以保证多波束覆盖区域通信质量的一致性、均匀性,特别是波束边缘交界处通信的连续性,并满足不同海事业务QoS的要求。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法,用以解决背景技术中的技术问题。本发明不仅可增加频谱资源的使用效率,更重要的是能更好的满足终端业务的QoS要求。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法,所述方法包括如下的步骤:
步骤S1、针对一多波束卫星通信系统,其包括一个卫星端和多个用户终端,该用户终端从下行信号中获取波束ID,卫星端下行信号根据不同的波束用相应的ID进行扰码;其中,当该多个用户终端中的某一用户终端需要对卫星端执行资源上传时,该用户终端向卫星端发送上行资源请求,并且该用户终端向获取到的多个不同波束的下行信号,选取其中信号强度最强的波束的ID,对资源请求信号进行扰码,在系统规定的资源上向卫星端发送该请求信号;
步骤S2、针对多个波束,所述的卫星端选择其中一个波束,根据该波束ID侦测所有的上行资源请求信号并且记录其信号强度;
步骤S3、在所有的波束上,所述的卫星端重复执行步骤S2;
步骤S4、根据步骤S2以及步骤S3得到信号强度数据,构建干扰管理列表,其中,该干扰管理列表,其纵轴为用户终端的分类,其横轴为波束分类,或者,其纵轴为波束的分类,其横轴为用户终端分类,并且,设置一门限值,将低于该门限值的信号测量值置空;
步骤S5、根据步骤S4中的干扰管理列表以及调度器中用户业务数据信息,对所述的多个用户终端执行波束资源调度,其中,在执行波束资源调度时,需遵循如下的原则:尽可能满足各终端业务QoS,同时尽可能处理系统当前流入负荷;
步骤S6、对分配到不同波束的用户终端的上行信号进行扰码。
进一步的,在所述步骤S1中,所述的用户终端向卫星端发送上行资源请求时,该请求包括:数据包大小、QoS以及MAC ID,其中,该MAC ID为哈希后的ID,以减轻信号的负荷。
进一步的,在所述步骤S2中,卫星端在波束φ上,并且在系统规定的时频资源上,以φ为扰码侦测所有上行资源请求信号;
当一个用户终端x的上行资源请求信号在(φ,υ)上被卫星端检测到后,其检测器输出的信号强度表示为每单位资源能量,如下式所示:
Figure BDA0003772667910000021
在该公式中,Ω是系统时频资源集合,
Figure BDA0003772667910000022
是终端x在(φ,υ)上的信道增益,ρx为终端x发射信号每单位资源能量。
进一步的,在所述步骤S5中,所述尽可能满足各终端业务QoS,同时尽可能处理系统当前流入负荷,其具体表示为:
根据优先级,于用户终端集合Λ中找到最大终端集合
Figure BDA0003772667910000023
共享时隙ω,且
Figure BDA0003772667910000024
满足:
Figure BDA0003772667910000025
在该公式中,
Figure BDA0003772667910000031
表示用户终端x分配到时频资源ω∈Ω,卫星在系统资源(Φx,ω)上接收到的终端x信号的SINR,Φx为参与联合接收用户终端x信号的波束集合,Γ为保证数据被卫星端成功接收概率大于某值的阈值。
进一步的,在所述步骤S6中,在执行扰码时,该扰码与波束编号无关,但与用户终端的MAC ID有关。
进一步的,在所述的多波束卫星通信系统中,不同波束上的信号通过不同的扰码序列来区别,该扰码序列为与波束编号有关的伪随机序列,其中,
对于下行信号,42-bit掩码
Figure BDA0003772667910000032
根据如下公式确定:
Figure BDA0003772667910000033
Figure BDA0003772667910000034
为海事物联网中的移动通信业务标识码;nbeam为多波束天线中波束的标识符。
进一步的,当有上行数据时,用户终端使用特定物理信道向卫星端发起资源请求,其中,该特定物理信道为随机接入信道,并使用选定波束相关的伪随机序列作为此上行信号的扰码,其具体表示为:
Figure BDA0003772667910000035
本发明的有益效果是:
通过本发明的技术方案,形成一套多波束上行资源管理方案,不仅可增加频谱资源的使用效率以提高系统容量,而且能更好的满足终端业务的QoS要求。
附图说明
图1为实施例1中提供的多波束卫星通信系统的模型示意图;
图2为实施例1中提供的多波束卫星通信系统的信号强度分布图;
图3为实施例1中提供的多波束卫星通信系统的SINR分布图;
图4为实施例1中提供的简化后的基于时隙为基本时频资源调度粒度的TDMA系统的模型示意图;
图5为实施例1中提供的执行上行资源调度方案的流程示意图;
图6为实施例1中提供的上行资源请求,其具体包括内容的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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做出创造性劳动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。
实施例1
参见图1-图6,本实施例提供一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法,该方法具体包括:
步骤S1、针对一多波束卫星通信系统,其包括一个卫星端和多个用户终端,其中,在该系统中,卫星下行信号根据所在的波束用相应的波束ID进行扰码;
步骤S2、上述的用户终端从下行信号中获取波束ID,其中,该下行信号在本实施例中可以为下行同步信号;具体的说,在本实施例中,一个用户终端x能够看到多个不同波束的下行信号,选取信号强度最大的波束,记为波束φ∈Φ,Φ是所有波束的集合;
当某一用户终端有业务数据需要上传时,该用户终端用ID(φ)对上行信号进行扰码之后,在系统规定的用于发送请求信号的时频资源υ上,向卫星提出上行资源请求;
其中,该上行资源请求在本实施例中具体包括:数据包大小、QoS以及MAC ID;该MAC ID将被卫星用来区分业务用户终端,如9位数(9-digit)MMSI,并可以利用哈希函数映射成较少比特数(如16比特)以减少信号的负担;
步骤S3、卫星端在波束φ上,在系统规定的时频资源上,以φ为扰码侦测所有上行资源请求信号;其中,当一个终端x的上行资源请求信号在(φ,υ)上被卫星检测到后,其检测器(matchedfilter)输出的信号强度可表示为每单位资源能量:
Figure BDA0003772667910000041
在公式(1)中,Ω是系统时频资源集合,
Figure BDA0003772667910000042
是用户终端x在(φ,υ)上的信道增益,具体请见图1,ρx为终端x发射信号每单位资源能量。
卫星端分别在其它波束上对该上行资源请求信号的强度进行测量,获取对应的信号测量值,记录为终端x在波束
Figure BDA0003772667910000043
上的信号强度:
Figure BDA0003772667910000044
具体的说,在本实施例中,对于那些远离波束φ的波束
Figure BDA0003772667910000045
可以默认为
Figure BDA0003772667910000046
以节省计算量。
步骤S4、针对所有的波束执行步骤S3;
步骤S5、针对步骤S4中所有侦测到的用户,记录在干扰管理列表中,所述的干扰管理列表,其纵轴为终端的分类,其横轴为波束分类,或者,其纵轴为波束的分类,其横轴为终端分类,其中,设置一门限值,将低于该门限值的信号测量值置零。
步骤S6、根据步骤S5中的干扰管理列表以及卫星站维护的用户数据优先级信息,对所有用户终端执行系统资源分配,其中,该系统资源包括:波束及时频资源;具体的说,在本实施例中,可以采用例如神经网络算法、深度学习算法等优化算法来对所有用户线终端执行系统资源分配;
步骤S7、分配到上行资源的用户终端对其用于传送业务数据的上行信号进行扰码,此扰码与波束编号无关,但与终端的MAC ID有关,以便于卫星接收机分辨该信号。
为了更清楚的说明本实施例中提供的该一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法,下面结合一个具体的案例来进行说明。
对于卫星通信系统而言,单个卫星基站的覆盖范围由卫星与地球的切线决定。由于卫星距离地面较远(>500km),其覆盖范围要远大于地面站,意味着一个卫星站需要为更多的用户提供服务。例如,在600km的低轨上的LEO卫星的视野半径约为2600km。在2000km的中轨上的MEO卫星,相应的视野半径为4500km。相较而言,一个天线高度为100m的地面基站的覆盖半径仅为35km,远小于卫星站的覆盖范围。显然,对于一个工作在窄带的物联网系统,单颗卫星难以支持巨大视野范围内的业务。为了提高系统容量,一种有效的解决方案是在卫星空间站上部署多波束天线,形成多个空间波束以便将视野范围划分为多个较小的足迹即覆盖区。
卫星站采用多波束技术将卫星的整个覆盖范围切割成多个小的波束覆盖,通常波束之间采用全频率复用方案从而可最大化空间频谱利用效率。这样一来,卫星通信系统给终端用户提供的通信资源,在通常的时间、频率维度外,还增加了波束维度。在最理想的情况下,一个卫星覆盖下的系统容量随着波束数量增加而线性增加。然而,在实际系统中,波束之间并不像时间频率资源一样完全正交,不同波束的覆盖会相互重叠导致处于重叠区域的终端用户发生干扰。
根据天基段星载VDES载荷对地视场覆盖及载荷天线电性能的需求,需满足星上系统对地面舰船VDE信号的时隙冲突的解算要求,天线波束合成后的波束宽度尽可能窄,VHF频段单天线对地视场覆盖宽,需通过组阵形成多个波束的多波束天线是本系统最佳选择。VDES载荷工作在VHF频段,天线尺寸较大,组阵后阵列的尺寸过大,超过卫星包络范围,需要对阵列天线进行可展开设计,阵列单元过多,常规形式的天线展开机构复杂度较高,而天线由于其结构形式需要契合卫星结构进行一体化大规模布阵要求。采用薄膜结构实现VHF天线性能,天线单元采用柔性的薄膜介质材料,薄膜层和接地层之间是空气层,薄膜层和反射腔可通过柔性展开机构将其展开,不仅可以减轻天线的重量,而且天线重量轻和低剖面等特点。天线采用微带缝隙天线形式,为减少微带缝隙天线的背向辐射,采用反射腔实现VHF频段天线的定向辐射。常规的天线形式一般分为三层,即辐射层、馈电层、接地层,该型天线存在辐射层和馈电层之间的间距、耦合馈电与辐射元的相对位置变化对天线电性能影响较大,对天线阵面的加工、装配、形面保持难度较大,同时,工作在VDES系统的天线尺寸相对较大,因此本天线设计方案采用结构简单的反射腔型天线方案,该设计方案对天线尺寸控制要求相对宽松,共合成30个波束。
假设卫星所在轨道高度为600km,卫星波束覆盖如图1所示,单颗卫星信号在地球表面的覆盖范围中接收信号强度分布如图2所示。图2中1到30的编号表示波束编号,该多波束卫星天线共形成30个接收波束,内圈层为1到4号波束,中间圈层为5到14号波束,外圈层为15到30号波束,信号强度大小使用颜色区分,不同颜色对应的信号强度数值(单位dBm)使用图右侧的颜色条表示。实际不同波束之间存在重叠,图中的信号强度为重叠区域中最强信号值。
信号质量不仅与信号强度有关,还受其遭受的干扰强度以及热噪声强度影响,卫星收到终端用户上行信号质量由信号噪声干扰比(SINR)确定,即收到信号总能量与干扰总能量加接收机热噪声的比。在传统的接收框架下,卫星在(φ,ω)上收到用户x信号的SINR为:
Figure BDA0003772667910000061
在该公式(3)中,用户x和用户i享用相同的时频资源ω;N0表示接收机热噪声功率谱密度。
上行信号的平均SINR分布情况如图3所示,中间区域表示SINR较低。图2中信号强度普遍较高的中间圈层和内圈层波束受到邻居波束中上行用户干扰较大,呈现出较低的SINR;外圈层波束尽管信号强度相对较弱,但受干扰相对小反而获得较优的SINR。总体而言,在波束交叠区域呈现较低的平均SINR水平。
不同波束上的信号通过不同的扰码序列来区别,该扰码序列为与波束编号有关的伪随机序列。在本实施例中,采用文献1中的符号加扰模式,除了在不终端、不同空口、不同频率载波的物理波形之间形成差异性还增加了波束差异信息。
具体的说,在本实施例中,对于下行信号,42-bit掩码
Figure BDA0003772667910000071
根据如下公式确定:
Figure BDA0003772667910000072
在该公式(4)中,
Figure BDA0003772667910000073
为海事物联网中的移动通信业务标识码(Maritime MobileService Identity,MMSI),MMSI由9位十进制数字组成,量化9位十进制MMSI至少需要30比特的二进制位数;nbeam为多波束天线中波束的标识符,使用8位二进制数表示,最多可区分256个波束。上述42位掩码可配合一个42位的PN序列生成器生成扰码序列,参照专利【CN110380748 A】。
不同卫星站内不同的波束发送的下行信号加扰序列的
Figure BDA0003772667910000074
是与卫星终端有关的参数,nbeam是与波束ID有关的参数,最低位“1”指下行,“0”指上行,最高位“1”表示是卫星系统(以区别于地面通信系统“0”)。
对于海事物联网而言,其服务业务大多为短突发数据业务(Short Burst DataServices),如船只报告其位置、行驶速度、目的地等。当有上行数据时,终端会使用特定物理信道(比如随机接入信道)向卫星站发起资源请求,并使用选定波束(比如波束索引为φ)相关的伪随机序列作为此上行信号的扰码:
Figure BDA0003772667910000075
具体的说,上行资源请求包含的字段及大小如图6所示,其中,4比特的调度等级将用于确定用户数据调度优先级,由其QoS及发送状况(如等待时间)动态决定。
终端x的上行资源请求信号在相应的系统资源(φ,υ)上被卫星检测到后,其强度为公式(1)所示,卫星分别在其它波束上对该上行资源请求信号的强度进行测量,获取对应的信号测量值,记录为终端x在波束
Figure BDA0003772667910000076
上的信号强度,其具体为公式(2)所示。
对所有检测到的终端重复以上过程,得到波束管理列表,其如表1所示。表格中优先级由资源调度器根据该数据等待时间与其QoS的时延要求联合决定。
表格1
Figure BDA0003772667910000077
Figure BDA0003772667910000081
为讨论方便,考虑以VDES的基于时隙(slot)为基本时频资源调度粒度的TDMA系统,具体如图4所示,假设终端A、B、C、D、E、F、G、H、I在某一时隙进行上行资源请求,卫星可分别根据请求信号的测量情况形成如下表2所示,其中ω默认为当前待调度的时隙,测量能量低于阈值为0,用“-”表示:
假设终端x在波束集
Figure BDA0003772667910000082
上分配到时频资源(即时隙)ω。终端用来发送数据的信号用MMSI有关的参数
Figure BDA0003772667910000083
加扰,如哈希后的16比特MMSI:
Figure BDA0003772667910000084
则卫星在系统资源(Φx,ω)上接收到的终端x信号的SINR可预估为:
Figure BDA0003772667910000085
在该公式(7)中,Λ为所有在线(active/online)终端集合。
多波束资源调度的目标是尽可能满足各终端业务QoS,同时尽可能处理系统当前流入负荷即业务数据。
更具体的说,本实施例的策略是根据优先级,找到最大的
Figure BDA0003772667910000086
即X里的所有终端共享时隙ω,且满足:
Figure BDA0003772667910000087
在该公式(8)中,Γ为保证接据被卫星成功接收的概率大于某值(如1%)的阈值。
当波束管理表为表2所示,假设Γ=0dB,N0=-174dBm,。当前时隙的一种预期的调度方案可做如下考虑,其中S的单位dBm,终端以优先级从高到低为序从上自下排列:
表格2
终端 波束1 波束2 波束3 波束4 波束5 波束6 波束7
终端B - -171 - - - - -
终端C - -174 -172 - - - -
终端E - - - - -171 - -
终端G - - - - - -174 -174
终端D -174 - -174 -174 - - -
终端A -171 - - - - - -
终端F - - - - - -169 -
终端H - - - -171 - - -
终端I - - - - -165 - -
针对当前的待调度的时隙ω,按照列表中的优先级顺序对终端在系统资源(Φ,ω)上依次进行调度方案设计:
终端B的数据业务优先级最高因此优先进行资源分配,终端B唯一可被波束2接收,且可被终端C干扰,假设终端B、C均在当前时隙ω发送,终端B在波束2上接收的SINR为:
Figure BDA0003772667910000091
满足门限Γ=0dB要求,因此ΦB={2}。
根据波束管理列表可知终端C的优先级紧随终端B,终端C可在波束2和波束3被侦测,因此在波束2可被终端B干扰,在波束3可被终端D干扰。如果终端B、C、D均在当前时隙ω发送,C终端在波束2的接收SINR为:
Figure BDA0003772667910000092
在波束3的接收SINR为:
Figure BDA0003772667910000093
可见,波束2或者波束3的接收均不能满足门限Γ=0dB。
在这种情况下,对终端C的上行信号进行波束2和波束3的联合接收,采用最大比合并方案得到接收SINR为:
Figure BDA0003772667910000094
满足Γ=0dB条件,因此,ΦC={2,3}。
终端E只能被波束5接收,可受到终端I干扰,其SINR为:
Figure BDA0003772667910000095
终端I的优先级较低,静默后SINR为3dB满足Γ=0dB条件:ΦE={5}。
终端G可被波束6和波束7侦测,在波束7不受其他终端干扰,在波束3可被终端F干扰。如果终端G、F均在当前时隙ω发送,终端G在波束7的接收SINR为:
Figure BDA0003772667910000096
在波束6的接收SINR为:
Figure BDA0003772667910000101
终端G采用波束7满足Γ=0dB条件:ΦE={7}。
终端D可被波束1、3和4侦测,且在波束1可被终端A干扰,在波束3可被终端C干扰,在波束4可被终端H干扰。如果终端C、D、A和H均在当前时隙ω发送,G终端在波1的接收SINR为:
Figure BDA0003772667910000102
在波束3的接收SINR为:
Figure BDA0003772667910000103
在波束4的接收SINR为:
Figure BDA0003772667910000104
在单波束接收下,SINR均不能满足Γ=0dB条件。于是对终端D的上行信号进行波束1、3、4的联合接收,采用最大比合并方案得到接收SINR为:
Figure BDA0003772667910000105
满足Γ=0dB要求,其联合波束为ΦD={1,3,4}。
终端A情况类似终端B,在波束1接收可满足Γ=0dB要求。
终端F类似终端B,在波束3接收可满足Γ=0dB要求。
终端H只能被波束4接收,可受到终端D干扰,其SINR为0dB,满足Γ=0dB要求:ΦF={4}。
根据上述对终端I的分析,该终端I在当前时隙ω静默:
Figure BDA0003772667910000106
此时,X={A,B,C,D,E,F,G,H}终端,通过Φ提供的空间自由度,在满足QoS前提下,实现时隙ω共享。
更具体的说,本实施例提供的多波束卫星上行资源管理方法可通过训练后的人工智能模块完成,并能能够在极大多数的系统情况下做出预期的调度决策,即在保证用户业务QoS的同时,兼顾最大可能处理系统的输入流量。
更具体的说,本实施例中提到的文献1为Michael Mao Wang,Jingjing Zhang,andXiaohu You,“Machine-type communication for maritime Internet ofThings:Adesign,”IEEE Communications:Surveys and Tutorials,vol.22,no.4,pp 2550–2585,2020。
综上所述,本发明提供一种多波束卫星上行资源管理方法,不仅充分利用多波束提供的空间自由度加大极为稀缺的时频资源的效率,而且保证了波束间覆盖的连续性和信号质量的均匀一致性。较传统的单波束而言,不仅提高了系统处理输入流量的能力(即扩大了系统的容量),而且,更为重要的是为系统提供了更多的手段保证用户业务QoS。引入人工智能,可将大部分资源管理复杂度在线下(offline)完成,尤其是在波束数量大的情况下,减轻了线上(online)工作量,特别适合LEO卫星负荷小的特点。
本发明未详述之处,均为本领域技术人员的公知技术。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法,其特征在于,所述方法包括如下的步骤:
步骤S1、针对一多波束卫星通信系统,其包括一个卫星端和多个用户终端,该用户终端从下行信号中获取波束ID,卫星端下行信号根据不同的波束用相应的ID进行扰码;其中,当该多个用户终端中的某一用户终端需要对卫星端执行资源上传时,该用户终端向卫星端发送上行资源请求,并且该用户终端向获取到的多个不同波束的下行信号,选取其中信号强度最强的波束的ID,对资源请求信号进行扰码,在系统规定的资源上向卫星端发送该请求信号;
步骤S2、针对多个波束,所述的卫星端选择其中一个波束,根据该波束ID侦测所有的上行资源请求信号并且记录其信号强度;
步骤S3、在所有的波束上,所述的卫星端重复执行步骤S2;
步骤S4、根据步骤S2以及步骤S3得到信号强度数据,构建干扰管理列表,其中,该干扰管理列表,其纵轴为用户终端的分类,其横轴为波束分类,或者,其纵轴为波束的分类,其横轴为用户终端分类,并且,设置一门限值,将低于该门限值的信号测量值置空;
步骤S5、根据步骤S4中的干扰管理列表以及调度器中用户业务数据信息,对所述的多个用户终端执行波束资源调度,其中,在执行波束资源调度时,需遵循如下的原则:尽可能满足各终端业务QoS,同时尽可能处理系统当前流入负荷;
步骤S6、对分配到不同波束的用户终端的上行信号进行扰码。
2.根据权利要求1所述的一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法,其特征在于,在所述步骤S1中,所述的用户终端向卫星端发送上行资源请求时,该请求包括:数据包大小、QoS以及MAC ID,其中,该MAC ID为哈希后的ID,以减轻信号的负荷。
3.根据权利要求2所述的一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法,其特征在于,在所述步骤S2中,卫星端在波束φ上,并且在系统规定的时频资源上,以φ为扰码侦测所有上行资源请求信号;
当一个用户终端x的上行资源请求信号在(φ,υ)上被卫星端检测到后,其检测器输出的信号强度表示为每单位资源能量,如下式所示:
Figure FDA0003772667900000011
在该公式中,Ω是系统时频资源集合,
Figure FDA0003772667900000012
是终端x在(φ,υ)上的信道增益,ρx为终端x发射信号每单位资源能量。
4.根据权利要求3所述的一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法,其特征在于,在所述步骤S5中,所述尽可能满足各终端业务QoS,同时尽可能处理系统当前流入负荷,其具体表示为:
根据优先级,于用户终端集合Λ中找到最大终端集合
Figure FDA0003772667900000021
共享时隙ω,且
Figure FDA0003772667900000022
满足:
Figure FDA0003772667900000023
在该公式中,
Figure FDA0003772667900000024
表示用户终端x分配到时频资源ω∈Ω,卫星在系统资源(Φx,ω)上接收到的终端x信号的SINR,Φx为参与联合接收用户终端x信号的波束集合,Γ为保证数据被卫星端成功接收概率大于某值的阈值。
5.根据权利要求4所述的一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法,其特征在于,在所述步骤S6中,在执行扰码时,该扰码与波束编号无关,但与用户终端的MAC ID有关。
6.根据权利要求1所述的一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法,其特征在于,在所述的多波束卫星通信系统中,不同波束上的信号通过不同的扰码序列来区别,该扰码序列为与波束编号有关的伪随机序列,其中,
对于下行信号,42-bit掩码
Figure FDA0003772667900000025
根据如下公式确定:
Figure FDA0003772667900000026
Figure FDA0003772667900000027
为海事物联网中的移动通信业务标识码;nbeam为多波束天线中波束的标识符。
7.根据权利要求6所述的一种用于物联网通信的多波束卫星上行资源管理方法,其特征在于,当有上行数据时,用户终端使用特定物理信道向卫星端发起资源请求,其中,该特定物理信道为随机接入信道,并使用选定波束相关的伪随机序列作为此上行信号的扰码,其具体表示为:
Figure FDA0003772667900000028
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