CN115913329A - 一种卫星移动通信系统无线资源分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卫星移动通信系统无线资源分配方法，该方法包括：无线信道资源分配：网络根据用户业务需求、占用功率这些信息为用户分配候选前向信道集合，并在集合中寻找同频干扰最小的信道为用户分配；共享信道资源动态调度：通过差分滤波器来稳定共享信道测量结果，基于业务类型及数据等待时延、测量的信道质量与误帧率这些参数，计算不同业务队列的优先级，根据优先级选择最合适的用户。本发明在共享信道资源调度过程中，充分考虑了每个卫星用户所在的无线链路环境，可针对不同波束覆盖进行动态资源分配；通过引入波束指向，调配用户到信号更强的波束下，减少波束边缘的用户分配，提高了系统资源利用率和系统吞吐量。
Description
技术领域
本发明涉及GEO卫星、卫星移动通信系统、无线资源分配技术领域，特别是一种卫星移动通信系统无线资源分配方法。
背景技术
卫星移动通信系统作为地面蜂窝移动通信的延伸和补充，多用于偏远地区的通信和应急通信，较好地解决了地面蜂窝移动通信系统在偏远地区以及海域中覆盖能力有限的问题。一般来说，典型卫星移动通信系统由GEO卫星、地球移动站MES、信关站GS和运控系统等元素组成，可以为用户提供网内电话、短消息、上网、传真等业务，通过与PSTN、PLMN、Internet互联，实现全球范围内业务互联。图1所示给出了GMR-1系统的元素组成图。
然而卫星移动通信系统的频谱、功率等资源都极为宝贵，限制了卫星通信系统的吞吐量等系统性能，无线资源管理旨在对卫星移动通信系统有限资源进行合理分配调度，以提升卫星移动通信系统的系统性能，它根据资源分配算法为用户分配业务信道，包括为用户分配独占业务信道或共享业务信道，并进行共享信道资源按需调度等。
专利1(申请号：201210388489.5申请日：2012-10-15)提出了一种利用3G核心网为卫星通信系统提供业务QoS保障的策略，在3G核心网QoS保障架构下，对卫星接入不同类型的业务与信令进行无线资源分配与调度，但在分配过程中并未考虑用户所在的无线链路环境，专利2(申请号：201710742946.9申请日：2017-08-25)利用最大可用通信道资源进行动态资源分配，虽然考虑到了星地传输距离，但未考虑多波束条件下同频干扰问题。
综上可知，传统的卫星移动通信系统无线资源分配算法未考虑到波束中心与波束边缘信号差异、同频波束之间信号干扰等带来的问题，也未考虑多用户共享的资源调度问题，降低了无线资源利用率和系统吞吐量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卫星移动通信系统无线资源分配方法，通过引入波束指向，调配用户到信号更强的波束下，减少波束边缘的用户分配，从而提高系统资源利用率和系统吞吐量。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种卫星移动通信系统无线资源分配方法，包括：
基于用户位置的用户接入管理：网络根据用户粗略位置信息和接入波束负载判断是否能够接入到系统，如果离波束中心点的距离大于阈值或接入波束负载达到了接入门限，则拒绝用户在该波束接入，并通知用户到距离更近或波束负载更低的波束接入；
无线信道资源分配：网络根据用户业务需求、占用功率这些信息为用户分配候选前向信道集合，并在集合中寻找同频干扰最小的信道为用户分配；
共享信道资源动态调度：通过差分滤波器来稳定共享信道测量结果，基于业务类型及数据等待时延、测量的信道质量与误帧率这些参数，计算不同业务队列的优先级，根据优先级选择最合适的用户。
进一步地，无线信道资源分配的过程具体如下：
S11、信关站综合所有同频波束的业务信道历史使用情况，规划低速载波、中速载波、高速载波、空闲载波的资源分配区域，低速、中速、高速的载波区域采用FDMA方式进行分配；
S12、信关站从卫星操作中心获得卫星波束实时覆盖情况，并根据覆盖情况计算出每个波束的波束中心点、波束边缘位置、最大往返时差这些信息；
S13、根据同频波束中最大往返时差和终端的收发切换时延，计算并规划所有同频波束中低速载波的信道资源对；
S14、卫星终端通过随机接入信道向信关站发送接入请求消息，信关站根据接入请求消息不同判断终端是否在波束边缘；
S15、信关站判断终端接入波束的负载情况，进行终端业务接纳控制；
S16、根据业务类型分配用户业务信道资源，为用户寻找满足功率要求的候选信道对，形成候选信道集合；
S17、从候选信道集合中选择波束峰值功率最小的信道加入到最小功率信道集合；
S18、在最小功率信道集合中选择候选信道对i，计算所有同频波束对服务波束候选信道对i的返向信道带来的同频干扰，并形成对应的同频干扰集合；
S19、从同频干扰集合中寻找同频干扰最小的信道对，并分配给用户。
进一步地，S14所述卫星终端通过随机接入信道向信关站发送接入请求消息，信关站根据接入请求消息不同判断终端是否在波束边缘，具体如下：
S141、若接入请求消息中包括位置信息，则根据终端经纬度与波束实时覆盖情况这些信息，计算终端是否在波束边缘；
S142、若接入请求消息中未包含终端的位置信息，则根据信关站测量的终端接入请求信道的时间提前量是否已经达到了当前波束最大往返时差，计算终端是否在波束边缘。
进一步地，S 15所述信关站判断终端接入波束的负载情况，进行终端业务接纳控制，具体如下：
S151、若终端不在波束边缘且未到达系统负载门限Pthreshold，则为用户分配信道资源；
S152、若终端在波束边缘且未到达Pthreshold，则为用户分配信道资源；
S153、若终端不在波束边缘且已达到Pthreshold，则拒绝终端接入并指派终端接入到临近负载较低波束中；
S154、若终端在波束边缘且已达到Pthreshold，则拒绝终端接入并指派终端接入到临近负载较低波束中。
进一步地，S16所述根据终端请求的业务类型分配用户业务信道资源，为用户寻找满足功率要求的候选信道对，形成候选信道集合，具体如下：
S161、若业务类型为电路域业务，则在低速载波区域可用信道资源对中，选择第i个DTCH信道计算分配后的当前波束前向峰值功率Pi，DTCH信道的最大峰值功率max(PDTCH)作为第i个DTCH信道的初始功率，max(PDTCH)是根据前向链路预算公式，结合用户终端的G/T值、信道所需的C/N以及链路裕量，计算得到的最大峰值功率，在业务通信期间通过闭环链路控制动态调整，则此时系统峰值功率为：
式中，P(DTCH)d代表第d个处于激活状态DTCH信道最大峰值功率，sd，i表示分配的第i个DTCH信道是否与第d个DTCH信道同时存在，vox为系统配置的话音激活因子，默认设置为0.6，dtchNum代表当前波束处于激活状态的DTCH信道个数，P(PDTCH)p代表第p个处于激活状态的PDTCH信道最大峰值功率，pp，i表示分配的第i个DTCH信道是否与第p个DTCH信道同时存在，pdtchNum代表处于激活状态的PDTCH信道个数；
遍历低速载波区域所有可用信道资源，计算每个资源对的前向功率Pi，若满足Pi≤Pthreshold，则将第i个DTCH信道作为候选信道放入候选信道集合SelectedChannelSet中；
S162、若候选信道集合SelectedChannelSet为空且有空闲区域，则按照1个基本载波宽度调整空闲载波区域的载波为低速载波分配区域，若候选信道集合SelectedChannelSet为空且没有空闲区域，则按照先回收高速载波再回收中速载波的顺序，分别按照5和2个连续基本载波回收高中速载波分配区域资源，再从低俗载波分配区域中所有可用信道资源中，计算候选信道并放入候选信道集合SelectedChannelSet中；
S163、若业务类型为分组域业务，则根据用户终端的能力，选择不同速率的PDTCH信道为用户提供服务，若用户使用小终端则为用户选择中速载波区域作为候选信道区域，若用户使用大终端则为用户选择高速载波区域作为候选信道区域；
S164、在候选信道区域中，优先选择已分配的第chan个PDTCH信道资源组作为候选信道，根据用户提供的QoS参数最小保证速率Rmin和最大请求速率Rreg计算候选信道是否满足应用需求：
Rreq≤Rchan
式中，Ru，min代表与第chan个候选PDTCH信道共享用户u的最小保证速率；上述第一个式子要求所有共享用户的最小保证速率之和小于等于候选PDTCH信道速率，上述第二个式子要求用户请求的最大速率小于PDTCH信道速率；若满足上述两个式子的要求，则将该候选信道放入候选信道集合SelectedChannelSet中，遍历候选区域内所有已分配的PDTCH信道；
S165、若候选信道区域中，没有满足用户QoS需求且已分配的PDTCH信道资源组，则按照卫星终端的最大请求速率Rreg，为用户从空闲的PDTCH信道中选择n个连续D-MAC为用户分配，n＝1，2，3，4，即第i个空闲的PDTCH信道组，作为候选信道并计算分配后的当前波束峰值功率Pi，按照PDTCH信道的最大峰值功率max(PPDTCH)作为第i个PDTCH信道的初始功率，max(PDTCH)是根据前向链路预算公式，结合服务用户终端最小G/T值、信道所需的C/N以及链路裕量，计算得到的最大峰值功率，在业务通信期间不做调整，则此时系统峰值功率为：
Pi≤Pthreshold
式中，P(DTCH)d代表第d个处于激活状态DTCH信道最大峰值功率，sd，i表示分配的第i个DTCH信道是否与第d个DTCH信道同时存在，vox为系统配置的话音激活因子，默认设置为0.6，dtchNum代表当前波束处于激活状态的DTCH信道个数，P(PDTCH)p代表第p个处于激活状态的PDTCH信道最大峰值功率，pp，i表示分配的第i个DTCH信道是否与第p个DTCH信道同时存在，pdtchNum代表处于激活状态的PDTCH信道个数；遍历候选信道载波区域所有可用信道资源，计算每个资源对的前向功率Pi，若满足Pi≤Pthreshold，并将该候选信道放入候选信道集合SelectedChannelSet中；
S166、若候选信道集合SelectedChannelSet为空且有空闲区域，则按照2个基本载波宽度调整空闲载波区域的载波为中速载波分配区域，按照5个连续基本载波宽度增加高速载波分配区域，并再次从候选信道载波区域计算候选信道的功率。
进一步地，共享信道资源动态调度包括共享信道测量结果滤波处理，具体如下：
前向链路共享信道调制编码方式的选择基于卫星终端测量的共享信道信号质量SQM及前向质量指示器FQI，不同的用户信道测量结果不同，该共享信道为用户提供的承载能力也不同，其中，SQM等于估计的信噪干扰比SNIR，前向质量指示器FQI指示前向链路误帧率；
返向链路共享信道调制编码方式的选择基于信关站测量的返向链路信道质量SQM、返向链路指示器RQI、返向链路的传输功率水平，SQM等于估计的信噪干扰比SNIR，返向质量指示器RQI指示前向链路误帧率；对于从卫星终端接收的每种突发类型，信关站应分别进行SQM平均；同样，RQI处理过程针对每种突发类型和码速率单独完成。
进一步地，前向链路共享信道调制编码方式的选择，具体如下：
S21、当卫星终端收到信关站分配的共享业务信道PDTCH后，将按照Tsgqir周期对连续N个PDTCH信道进行测量得到SQM，并通过PACCH信道向信关站报告SQIR、SQISDR、FQI，Tsgqir＝240ms，信关站根据需要进行配置：
S22、信关站收到卫星终端发送的信道测量消息后，通过滤波器来平滑SQIR和SQISDR来获得SQIR的平均SQIRavg和标准差的平均SQISDRavg：
SQIRavg(n)＝γ*SQIR+(1-γ)*SQIRavg(n-1)
SQISDRavg(n)＝γ*SQISDR+(1-γ)*SQISDRavg(n-1)
式中γ表示第一遗忘因子；
S23、如果信关站从卫星终端接收到6比特的FQI，FQI表示卫星终端测量的量化FER，则使用FER来计算用户前向链路裕量λ，公式如下：
其中，根据业务不同，信关站将Δ和FERtarget设置不同的参数，其中FERtarget至少为0.01，λ0＝0。
进一步地，返向链路共享信道调制编码方式的选择具体如下：
S31、接收到卫星终端发送的突发，信关站测量突发信号质量SQMj，为了估算短时信道变化的影响，信关站对SQM进行滤波，为了返向链路自适应调制编码，信关站维护三个差分滤波器，如下：
SQMavg＝β*SQMj+(1-β)*SQMavg
PANavg＝β*PANj+(1-β)*PANavg
SQMvar＝β*(SQMj-SQMavg)2+(1-β)*SQMvar
式中β表示第二遗忘因子；
S32、信关站使用来自每个接收到的突发的CRC通过或失败指示器计算裕量λ：
其中，根据业务不同，信关站将Δ和FERtarget设置不同的参数；对于不同的突发类型和码率，网络应保持单独的裕量λ。
进一步地，共享信道资源动态调度包括前向共享信道资源动态调度，具体如下：
S41、当一个调度周期n来临时，信关站遍历所有卫星终端的信令队列，若信令队列中有数据，优先将信令队列的数据封装成RLC/MAC块，不同用户的信令封装成不同的RLC/MAC块；
S42、若PDTCH信道还有剩余空间，则信关站遍历所有卫星终端的业务队列，并计算每个终端业务队列的调度优先级Pk[n]；
S421、选择一个卫星终端k，并读取业务队列上最早排队的IP数据包的延迟delayk[n]、业务类型、传输中断时间Tgap[k]、信号质量这些参数；
S422、如果Tgap[k]≤Tgapthreshold，则信关站使用终端信道测量参数包括SQIRavg(n)、SQISDRavg(n)的平均值来选择适当的调制编码速率，具体如下：
di＝SQIRavg(n)-(Es/No)i-δdn
其中，SQIRavg(n)是当前SQIRavg(n)，Es/No能够查询，i表示每个突发系列中的调制编码速率方案；
δdn即前向链路裕量，计算公式为
δdn＝εdn*SQISDRavg(n)+λn
εdn为：
而SQIRavg(n-1)是前一个SQIR值，εdn，low设置为0.5，εdn，high设置为0.9，如果SQIRavg(n-1)不可用，则εdn等于εdn，low；
第l个调制码速率的选择应使dl是所有di中的最小正数；如果dl对于所有调制编码方案均为负数，则选择最低调制码率，选择调制编码速率后，该信道对应的业务速率Rk[n]为dl对应的承载能力除以帧周期，Tk[n]表示第k个卫星终端前I帧的平均吞吐量；I为平均窗口，设置为前6秒的平均吞吐量；
S423、如果Tgap[k]＞Tgapthreshold或信号和链路质量测量不可用，信关站应为非实时业务选择最可靠的调制码速率即目标Es/No最低的速率，为实时业务选择保障最低速率的的调制编码速率，同时初始化RSQIk[n]＝1；
S424、根据延迟delay[n]、业务类型、传输中断时间Tgap[k]、信号质量这些参数，按照以下公式计算卫星终端k的Pk[n]；
其中，delayk[n]表示第k个卫星终端的最早排队的IP数据包的延迟，以秒为单位；Nu表示当前共享信道支持的卫星终端的总数，βk∈(0，1]与满足最后期限
的期望概率有关；对于实时类业务，βk＝0.01和
秒，对于非实时业务，βk＝0.1和
秒；
S425、按照步骤S421～S424的步骤遍历所有的卫星终端，计算所有终端的Pk[n]，并按照优先级先后将有需要发送的终端业务队列放置到调度队列中；
S43、从调度队列中选取最高优先级的用户业务队列中第一个数据，经过分段并封装成RLC/MA块；
S44、若PDTCH信道还有剩余的比特可用，则从调度优先级队列中继续获取队列中的第一个数据，经过分段并封装成RLC/MACPDU，直到PDTCH信道没有可用比特。
进一步地，共享信道资源动态调度包括返向共享信道资源动态调度，具体如下：
S51：当一个调度周期n来临时，信关站遍历所有卫星终端的返向业务队列，并计算每个终端的调度优先级Pk[n]；
①信关站选择一个卫星终端k，并读取传输中断时间Tgap[k]、信号质量这些参数；
②如果Tgap[k]≤Tgapthreshold，信关站将根据上一次返向传输期间进行的信号质量测量历史记录来确定返向链路调制码速率：
di＝SQIRavg(n)+PANavg-(Es/N0)i-δup
其中，SQIRavg(n)是当前SQIR值，Es/No能够查询，i表示每个突发系列中的调制编码速率方案；δup返回链路裕量计算如下
δup＝εup*SQMdev(n)+λn，i
其中，SQMdev(n)是SQM估计值的标准差，从SQMvar推导，λn，i是第i个调制编码方式的裕量，由共享信道测量过程得到，而εup是：
而SQIRavg(n-1)是之前的SQIR值；εdn，low设置为0.5，εdn，high设置为0.8，如果SQIRavg(n-1)不可用，则εdn等于εdn，low；
第l个调制码速率的选择应使dl是所有di中的最小正数；如果dl对于所有调制编码方案均为负数，则选择最低即最可靠调制码率，选择调制编码速率后，该信道对应的业务速率Rk[n]为dl对应的承载能力除以帧周期，Tk[n]表示第k个卫星终端前I帧的平均吞吐量；I为平均窗口，设置为前16秒的平均吞吐量：
③如果Tgap[k]＞Tgapthreshold或信号和链路质量测量不可用，则网络应为非实时业务选择最可靠的调制码速率即目标Es/No最低的速率，为实时业务选择保障最低速率的调制编码速率，同时初始化RSQIk[n]＝1；
④如果Tgap[k]＞Tgapthreshold且终端的业务队列中没有数据，则信关站应为用户分配接入控制信道，将NeedRach加1；
⑤按照步骤①～④的步骤遍历所有的卫星终端，计算所有终端的Pk[n]＝RSQIk[n]；
⑥将所有返向业务缓冲区不为空的卫星终端按照优先级先后加入到调度队列中；
S52、如果NeedRach不等于0，则为卫星终端在资源组中分配PRACH信道，并通过PUI的USF指示PRACH信道的存在；
S53、如果还有可用时隙和频率资源用于承载业务数据，从调度队列中选取最高优先级的用户；
S54、根据被选用户k的返向缓冲区队列大小Qk[n]及选择调制编码方式，计算用户占用的时隙和频率资源，通过前向PUI中的USF或ULMAP分配业务信道资源；
S55、遍历调度队列，直到返向信道没有可用资源或用户的返向缓冲区队列为空为止。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)基于用户位置和波束覆盖实现用户接入控制，同时在用户位置和波束覆盖的基础上，综合考虑系统功率、波束负载、同频干扰等多种因素，为用户合理分配业务信道，从而保证系统同时接入更多用户；(2)在业务信道分配的基础上，对共享信道进行多用户按需调度，在兼顾系统吞吐量的同时提高了系统的公平性，保障了不同业务的延时；(3)在共享信道资源调度过程中，充分考虑了每个卫星用户所在的无线链路环境，可针对不同波束覆盖进行动态资源分配，调配用户到信号更强的波束下，减少波束边缘的用户分配，提高了系统资源利用率和系统吞吐量。
附图说明
图1是典型卫星移动通信系统网络结构图。
图2是同频波束之间不同速率信道规划示意图。
图3是中低速载波的信道资源对示意图。
图4是高速载波的信道资源组示意图。
图5是共享信道前向调度器示意图。
图6是共享信道返向调度器示意图。
图7是动态信道分配过程图。
图8是前向链路共享信道动态调度过程图。
图9是返向链路共享信道动态调度过程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
卫星移动通信系统支持话音、短消息、传真、电路数据、IP数据等多种业务，其中，话音、短消息、传真、电路数据等业务属于传统的电路域业务，卫星移动通信系统为用户分配独占的专用物理信道DTCH，IP数据类业务属于分组域业务，卫星移动通信系统为用户分配共享物理信道PDTCH，参考比较成熟的GMR-1系统的信道设计，部分业务到物理信道映射及分配策略如表1所示。
表1
表1中信道类型和突发类型中的(n，m)分别代表连续基本载波的数量、连续时隙的个数，在卫星移动通信系统中，支持9.6Kbps以下速率的信道为低速信道，相应的载波为低速载波，速率为9.6Kbps到64Kbps之间的信道为中速信道，相应的载波为中速载波，64Kbps以上速率的信道为高速信道，相应的载波为高速载波。
高速PDTCH信道主要针对射频收发能力较强的大终端(如车载终端、船载终端等)，为了获得高速数据传输能力，物理信道的信噪比要求较高，一般情况下，需要卫星终端发送更强的信号来获得更高的信噪比。而DTCH信道传输能力弱，对信噪比要求相对较低，发射能力弱的手持终端也可支持。若同频波束下，两种类型终端同时工作在统一载波上，识别导致同频波束之间的干扰，因此，在多波束卫星同频波束间的隔离度一定的条件下，同频波束之间的高速信道和低速信道的分配区域尽量一致，从而，可以降低同频波束之间大终端对小终端的返向同频干扰。
不同于地面移动通信系统，卫星波束中心与边缘信号强度变化不大，当卫星终端以广播信号测量为基准进行点波束重选时，存在一定概率接入到边缘波束中，但在业务通信中，由于卫星天线波束成形因素，波束中心和波束边缘的功率差约为3dB，这就需要网络和终端发射更大功率来补偿，因此，需要网络能够根据卫星终端的位置为用户选择合理的接入波束，从而降低网络峰值功率和终端发射功率。
在移动卫星通信系统中，小型化卫星终端无法使用体积较大的双工器，只能够通过切换开关来实现信道收发，而这些切换开关往往有一定的时间，在信道资源分配时须考虑该类型终端收发开关延时。
在地面移动通信系统中，目标最大BLER设置为BLERthreshold＝0.1，因为如果传输不成功，则可通过HARQ重传机制允许快速恢复丢失数据。然而，在卫星移动通信系统中，信关站与终端之间的往返传播延时长达560ms，无法有效实施HARQ重传机制，因此，卫星移动通信系统的FERthreshold大于0.01，另外，长往返传播延时将导致当前测量的SNR并不能够准确反映数据包发送时刻的SNR，最坏情况下，SNR下降可达3.5dB，如果直接按照当前测量的SNR来调度分组数据发送，将可能导致更大的误码率或低系统容量，因此，在基于SNR选择调制编码方式时，需要设置适当的裕量。
本发明卫星移动通信系统无线资源分配方法，包括：
基于用户位置的用户接入管理：网络根据用户粗略位置信息和接入波束负载判断是否能够接入到系统，如果离波束中心点的距离大于阈值或接入波束负载达到了接入门限，则拒绝用户在该波束接入，并通知用户到距离更近或波束负载更低的波束接入；
无线信道资源分配：网络根据用户业务需求、占用功率这些信息为用户分配候选前向信道集合，并在集合中寻找同频干扰最小的信道为用户分配；
共享信道资源动态调度：通过差分滤波器来稳定共享信道测量结果，基于业务类型及数据等待时延、测量的信道质量与误帧率这些参数，计算不同业务队列的优先级，根据优先级选择最合适的用户。
进一步地，无线信道资源分配的过程，即GEO卫星移动通信系统动态信道分配流程如图7所示，具体如下：
S11、信关站综合所有同频波束的业务信道历史使用情况，规划低速载波、中速载波、高速载波、空闲载波等资源分配区域，如图2所示，为了降低同频干扰对通信的影响，低速、中速、高速等载波区域采用FDMA方式进行分配；
S12、信关站从卫星操作中心获得卫星波束实时覆盖情况，并根据覆盖情况计算出每个波束的波束中心点、波束边缘位置、最大往返时差等信息；
S13、根据同频波束中最大往返时差和终端的收发切换时延，按照“返向信道起始时刻＝(前向信道结束时刻+(最大往返时差+收发开关切换时延)mod(最小突发时隙*时隙长度))mod每帧时隙数”公式，计算并规划所有同频波束中低速载波的信道资源对，如图3所示；
S14、卫星终端通过随机接入信道向信关站发送接入请求消息，信关站根据接入请求消息不同判断终端是否在波束边缘，具体如下：
S131、若接入请求消息中包括位置信息，则根据终端经纬度与波束实时覆盖情况这些信息，计算终端是否在波束边缘；
S132、若接入请求消息中未包含终端的位置信息，则根据信关站测量的终端接入请求信道的时间提前量是否已经达到了当前波束最大往返时差，计算终端是否在波束边缘。
S15、信关站判断终端接入波束的负载情况，进行终端业务接纳控制，具体如下：
S151、若终端不在波束边缘且未到达系统负载门限Pthreshold，则为用户分配信道资源；
S152、若终端在波束边缘且未到达Pthreshold，则为用户分配信道资源；
S153、若终端不在波束边缘且已达到Pthreshold，则拒绝终端接入并指派终端接入到临近负载较低波束中；
S154、若终端在波束边缘且已达到Pthreshold，则拒绝终端接入并指派终端接入到临近负载较低波束中。
S16、根据业务类型分配用户业务信道资源，为用户寻找满足功率要求的候选信道对，形成候选信道集合，具体如下：
S161、若终端请求的业务类型为电路域业务，则在低速载波区域可用信道资源对中，选择第i个DTCH信道计算分配后的当前波束前向峰值功率Pi，DTCH信道的最大峰值功率max(PDTCH)作为第i个DTCH信道的初始功率，max(PDTCH)是根据前向链路预算公式，结合用户终端的G/T值、信道所需的C/N以及链路裕量，计算得到的最大峰值功率，在业务通信期间通过闭环链路控制动态调整，则此时系统峰值功率为：
式中，P(DTCH)d代表第d个处于激活状态DTCH信道最大峰值功率，sd，i表示分配的第i个DTCH信道是否与第d个DTCH信道同时存在，vox为系统配置的话音激活因子，默认设置为0.6，dtchNum代表当前波束处于激活状态的DTCH信道个数，P(PDTCH)p代表第p个处于激活状态的PDTCH信道最大峰值功率，pp，i表示分配的第i个DTCH信道是否与第p个DTCH信道同时存在，pdtchNum代表处于激活状态的PDTCH信道个数。遍历低速载波区域所有可用信道资源，计算每个资源对的前向功率Pi，若满足Pi≤Pthreshold，则将第i个DTCH信道作为候选信道放入候选信道集合SelectedChannelSet中；
S162、若SelectedChannelSet集合为空且有空闲区域，则按照1个基本载波宽度调整空闲载波区域的载波为低速载波分配区域，若SelectedChannelSet集合为空且没有空闲区域，则按照先回收高速载波再回收中速载波的顺序，分别按照5和2个连续基本载波回收高中速载波分配区域资源，再从低俗载波分配区域中所有可用信道资源中，计算候选信道并放入候选信道集合SelectedChannelSet中；图4是高速载波的信道资源组示意图。
S163、若业务类型为分组域业务，则根据用户终端的能力，选择不同速率的PDTCH信道为用户提供服务，若用户使用小终端则为用户选择中速载波区域作为候选信道区域，若用户使用大终端则为用户选择高速载波区域作为候选信道区域。
S164、在候选信道区域中，优先选择已分配的第chan个PDTCH信道资源组作为候选信道，则根据用户提供的QoS参数最小保证速率Rmin和最大请求速率Rreg计算候选信道是否满足应用需求，
Rreg≤Rchan
式中，Ru，min代表与第chan个候选PDTCH信道共享用户u的最小保证速率，上述第一个式子要求所有共享用户的最小保证速率之和小于等于候选PDTCH信道速率，上述第二个式子要求用户请求的最大速率小于PDTCH信道速率，若满足上述两个式子的要求，则将该候选信道放入到放入候选信道集合SelectedChannelSet中，遍历候选区域内所有已分配的PDTCH信道。
S165、若候选信道区域中，没有满足用户QoS需求且已分配的PDTCH信道资源组，则按照卫星终端的最大请求速率Rreg，为用户从空闲的PDTCH信道中选择n个(n＝1，2，3，4)连续D-MAC为用户分配，即第i个空闲的PDTCH信道组，作为候选信道并计算分配后的当前波束峰值功率Pi，按照PDTCH信道的最大峰值功率max(PPDTCH)作为第i个PDTCH信道的初始功率，max(PDTCH)是根据前向链路预算公式，结合服务用户终端最小G/T值、信道所需的C/N以及链路裕量，计算得到的最大峰值功率，在业务通信期间不做调整，则此时系统峰值功率为：
Pi≤Pthreshold
式中，P(DTCH)d代表第d个处于激活状态DTCH信道最大峰值功率，sd，i表示分配的第i个DTCH信道是否与第d个DTCH信道同时存在，vox为系统配置的话音激活因子，默认设置为0.6，dtChNum代表当前波束处于激活状态的DTCH信道个数，P(PDTCH)p代表第p个处于激活状态的PDTCH信道最大峰值功率，pp，i表示分配的第i个DTCH信道是否与第p个DTCH信道同时存在，pdtchNum代表处于激活状态的PDTCH信道个数。遍历候选信道载波区域所有可用信道资源，计算每个资源对的前向功率Pi，若满足Pi≤Pthreshold，并将该候选信道放入候选信道集合SelectedChannelSet中；
S166、若SelectedChannelSet集合为空且有空闲区域，则按照2个基本载波宽度调整空闲载波区域的载波为中速载波分配区域，按照5个连续基本载波宽度增加高速载波分配区域，并再次从候选信道载波区域计算候选信道的功率；
S17、从候选信道集合SelectedChannelSet中选择波束峰值功率最小的信道加入到最小功率信道集合MinPower；
S18、在最小功率信道集合MinPower中选择候选信道对i，计算所有同频波束对服务波束候选信道对i的返向信道带来的同频干扰，并形成对应的同频干扰集合Interfere：
式中，C/Nu代表信关站测量的与候选信道i同时的同频波束b下用户u的信噪比，Yb代表同频波束到候选信道所在波束的波束隔离度，遍历MinPower集合中所有的候选信道i，计算相应的interferei，加入到Interfere集合中；
S19、从同频干扰集合interfere中寻找对预分配信道同频干扰最小的信道对分配给用户，在控制信道传输期间，终端根据前向链路信号测量得到的链路裕量，推算出终端返向发射功率，并按照此功率作为返向链路的发射功率，业务信道传输期间，返向功率按照闭环功率控制进行调整。
在卫星移动通信系统中，多用户共享信道资源调度是由RLC/MAC、PHY等层联合完成的。
下行资源调度器基于业务类型、PHY测量的信道质量与误帧率计算不同业务队列的优先级，MAC/RLC层按照优先级先后顺序，将数据和调度结果打包成MAC PDU，并由物理层发送给卫星终端。上行资源调度器基于PHY测量的信道质量、返向PAN、误帧率等参数计算不同业务队列的优先级，根据上行资源承载能力选择高优先级的业务流进行返向发送，并将业务流的ID写入到MAC PDU的PUI中。资源调度器是共享信道多用户调度的核心，一方面，根据测量的信道质量指示和误帧率，通过选择信道质量优、传输错误少的优先为用户分配资源，通过使用高阶的调制编码方式，提高用户吞吐量和保障用户业务的服务质量，另一方面，也要兼顾业务的延时要求，保障实时要求的用户业务的优先调度权。图5是共享信道前向调度器示意图，图6是共享信道返向调度器示意图。
共享信道资源的动态调度器的性能严重依赖于卫星终端和信关站测量的结果，但近540ms的往返传播延时将导致测量信号质量失效，因此，需要通过差分滤波器来保证测量结果的稳定性。
共享信道资源主要用于远程控制、数据回传、即时通信、Web浏览、Email等典型IP数据业务的传输，其中，远程控制、数据回传、即时通信等业务对端到端的时延要求较高，属于实时类业务，一般小于180ms，Web浏览、Email等业务属于非实时类业务，时延要求不小于500ms。共享信道资源调度要充分考虑不同业务数据的时延要求。
共享信道资源的调度是基于帧中断进行的，首先执行前向调度，将载波上的所有可用时隙的无线块调度给最合适的前向业务队列使用，将其数据打包成RLC/MAC块，并通过MAC PDU头部的PUI设置当前突发使用的调制编码方式，然后执行返向调度，将载波上所有时隙和频率的最大往返延时的下一帧返向无线块调度给最合适的返向终端或业务队列使用，生成上行调度信息，将被被调度的业务链路TFI写入到下行PUI或ULMAP中，最后将上下行调度结果合并生成完整的RLC/MAC PDU发送给用户。
进一步地，共享信道资源动态调度包括共享信道测量结果滤波处理，具体如下：
前向链路共享信道调制编码方式的选择主要基于卫星终端测量的共享信道信号质量SQM及前向质量指示器FQI，不同的用户信道测量结果不同，该共享信道可为用户提供的承载能力也不同，其中，SQM等于估计的信噪干扰比(Signal-to-Noise InterferenceRatio，SNIR)，前向质量指示器FQI指示前向链路误帧率。
S21、当卫星终端收到信关站分配的共享业务信道PDTCH后，将按照Tsgqir周期对连续N个PDTCH信道进行测量得到SQM，并通过PACCH信道向信关站报告SQIR、SQISDR、FQI等，默认情况下，Tsgir＝240ms，信关站可根据需要进行配置。
S22、信关站收到卫星终端发送的信道测量消息后，通过滤波器来平滑SQIR和SQISDR来获得SQIR的平均SQIRavg和标准差的平均SQISDRavg；
SQIRavg(n)＝γ*SQIR+(1-γ)*SQIRavg(n-1)
SQISDRavg(n)＝γ*SQISDR+(1-γ)*SQISDRavg(n-1)
遗忘因子γ是可以配置的，默认值为0.1。
S23、如果信关站从卫星终端接收到6比特的FQI(表示卫星终端测量的量化FER)，则可以使用它来计算用户前向链路裕量λ，其公式如下：
其中，根据业务不同，信关站可将Δ和FERtarget设置不同的参数，其中FERtarget至少为0.01，λ0＝0。
返向链路共享信道调制编码方式的选择基于信关站测量的返向链路信道质量SQM、返向链路指示器RQI、返向链路的传输功率水平。SQM等于估计的信噪干扰比(Signal-to-Noise Interference Ratio，SNIR)，返向质量指示器RQI指示前向链路误帧率。对于从卫星终端接收的每种突发类型，信关站应分别进行SQM平均(因为对于不同的突发类型，测量的SQM会有所不同)。同样，RQI处理过程应针对每种突发类型和码速率单独完成(因为FER性能因突发类型和码速率而异)。
S31、一旦接收到卫星终端发送的突发，信关站应测量突发信号质量SQMj，为了估算短时信道变化的影响，信关站应对SQM进行滤波，为了返向链路自适应调制编码，信关站应维护三个差分滤波器，如下：
SQMavg＝β*SQMj+(1-β)*SQMavg
PANavg＝β*PANj+(1-β)*PANavg
SQMvar＝β*(SQMj-SQMavg)2+(1-β)*SQMvar
遗忘因子β是可配置的，默认值设置为0.1。
S32、信关站使用来自每个接收到的突发的CRC通过或失败指示器来计算裕量λ
其中Δ和FERtarget都是可以配置的参数，请注意，对于不同的突发类型和码率，网络应保持单独的裕量λ。
进一步地，共享信道资源动态调度包括前向共享信道资源动态调度，如图8所示，具体如下：
S41、当一个调度周期n来临时，信关站遍历所有卫星终端的信令队列，若信令队列中有数据，优先将信令队列的数据封装成RLC/MAC块，不同用户的信令封装成不同的RLC/MAC块；
S42、若PDTCH信道还有剩余空间，则信关站遍历所有卫星终端的业务队列，并计算每个终端业务队列的调度优先级Pk[n]；
S421、选择一个卫星终端k，并读取业务队列上最早排队的IP数据包的延迟delayk[n]、业务类型、传输中断时间Tgap[k]、信号质量等参数；
S422、如果Tgap[k]≤Tgapthreshold，则信关站使用终端信道测量参数包括SQIRavg(n)、SQISDRavg(n)的平均值来选择适当的调制编码速率，具体如下：
di＝SQIRavg(n)-(Es/No)i-δdn
其中，SQIRavg(n)是当前SQIRavg(n)，Es/No在下表中查询，i表示每个突发系列中的调制编码速率方案，如表2所示，仅显示部分：
表2
| 编号 | 突发类型 | 调制方式 | 编码速率 | 目标Es/No(dB) | 承载能力(bits) |
| 1 | PNB(1，6) | pi/4-QPSK | 0.6 | 5.71 | 192 |
| 2 | PNB(1，6) | pi/4-QPSK | 0.7 | 7.02 | 232 |
| 3 | PNB(1，6) | pi/4-QPSK | 0.8 | 7.99 | 272 |
| 4 | PNB3(2，6) | pi/4-QPSK | 0.6 | 5.08 | 456 |
| 5 | PNB3(2，6) | pi/4-QPSK | 0.7 | 6.52 | 544 |
| 6 | PNB3(2，6) | pi/4-QPSK | 0.8 | 7.66 | 542 |
| 7 | PNB3(5，3) | pi/4-QPSK | 0.5 | 3.00 | 408 |
| 8 | PNB3(5，3) | pi/4-QPSK | 0.63 | 4.48 | 512 |
| 9 | PNB3(5，3) | pi/4-QPSK | 0.75 | 6.80 | 592 |
| 10 | PNB3(5，3) | pi/4-QPSK | 0.83 | 7.71 | 672 |
| 11 | PNB3(5，3) | 16APSK | 0.67 | 11.95 | 1072 |
| 12 | PNB3(10，3) | pi/4-QPSK | 0.61 | 4.42 | 1136 |
| 13 | PNB3(10，3) | 16APSK | 0.69 | 12.45 | 2560 |
δdn即前向链路裕量，计算公式为
δdn＝εdn*SQISDRavg(n)+λn
这里面εdn为：
而SQIRavg(n-1)是前一个SQIR值，默认情况，εdnlow设置为0.5，εdn，high设置为0.9，如果SQIRavg(n-1)不可用，则εdn等于εdn，low。
第l个调制码速率的选择应使dl是所有di中的最小正数。如果dl对于所有调制编码方案均为负数，则选择最低调制码率，选择调制编码速率后，该信道对应的业务速率Rk[n]为dl对应的承载能力除以帧周期，Tk[n]表示第k个卫星终端前I帧的平均吞吐量，I为平均窗口，通常设置为前6秒的平均吞吐量。
S423、如果Tgap[k]＞Tgapthreshold或信号和链路质量测量不可用，信关站应为非实时业务选择最可靠的调制码速率(目标Es/No最低的速率)，为实时业务选择保障最低速率的的调制编码速率，同时初始化RSQIk[n]＝1。
S424、根据延迟delay[n]、业务类型、传输中断时间Tgap[k]、信号质量等参数；按照以下公式计算卫星终端k的Pk[n]；
其中，delayk[n]表示第k个卫星终端的最早排队的IP数据包的延迟(以秒为单位)，Nu表示当前共享信道支持的卫星终端的总数，βk∈(0，1]与满足最后期限
(秒)的期望概率有关，对于实时类业务，βk＝0.01和
秒，对于非实时业务，βk＝0.1和
秒；
S425、按照步骤S421～S424的步骤遍历所有的卫星终端，计算所有终端的Pk[n]，并按照优先级先后将有需要发送的终端业务队列放置到调度队列中
S43、从调度队列中选取最高优先级的用户业务队列中第一个数据，经过分段并封装成RLC/MA块；
S44、若PDTCH信道还有剩余的比特可用，则从调度优先级队列中继续获取队列中的第一个数据，经过分段并封装成RLC/MACPDU，直到PDTCH信道没有可用比特。
进一步地，共享信道资源动态调度包括返向共享信道资源动态调度，具体如下：
不同于前向共享信道动态调度，信关站无需关心卫星终端的信令、业务等数据优先级调度，但要为长时间没有数据传输的卫星终端分配周期性接入信道，以防止这些终端饿死。返向共享信道资源动态调度过程如图9所示，具体如下：
S51：当一个调度周期n来临时，信关站遍历所有卫星终端的返向业务队列，并计算每个终端的调度优先级Pk[n]；
①信关站选择一个卫星终端k，并读取传输中断时间Tgap[k]、信号质量等参数；
②如果Tgap[k]≤Tgapthreshold，信关站将根据上一次返向传输期间进行的信号质量测量历史记录来确定返向链路调制码速率。
di＝SQIRavg(n)+PANavg-(Es/N0)i-δup
其中，SQIRavg(n)是当前SQIR值，Es/No在表3中查询，i表示每个突发系列中的调制编码速率方案；
表3
| 编号 | 突发类型 | 调制方式 | 编码速率 | 目标Es/No(dB) | 承载能力(bits) |
| 1 | PNB(1，6) | pi/4-QPSK | 0.6 | 5.74 | 192 |
| 2 | PNB(1，6) | pi/4-QPSK | 0.7 | 7.08 | 232 |
| 3 | PNB(1，6) | pi/4-QPSK | 0.8 | 8.12 | 272 |
| 4 | PNB3(2，6) | pi/4-QPSK | 0.6 | 4.77 | 456 |
| 5 | PNB3(2，6) | pi/4-QPSK | 0.7 | 6.64 | 544 |
| 6 | PNB3(2，6) | pi/4-QPSK | 0.8 | 7.97 | 542 |
| 7 | PNB3(5，3) | pi/4-QPSK | 0.5 | 3.20 | 408 |
| 8 | PNB3(5，3) | pi/4-QPSK | 0.63 | 4.51 | 512 |
| 9 | PNB3(5，3) | pi/4-QPSK | 0.75 | 6.47 | 592 |
| 10 | PNB3(5，3) | pi/4-QPSK | 0.83 | 7.46 | 672 |
δup返回链路裕量计算如下
δup＝εup*SQMdev(n)+λn，i
其中，SQMdev(n)是SQM估计值的标准差，可以从SQMvar推导，λn，i是第i个调制编码方式的裕量，可由共享信道测量过程得到，而εup是：
而SQIRavg(n-1)是之前的SQIR值。默认的，εdn，low设置为0.5，εdn，high设置为0.8，如果SQIRavg(n-1)不可用，则εdn等于εdn，low
第l个调制码速率的选择应使dl是所有di中的最小正数。如果dl对于所有调制编码方案均为负数，则选择最低(最可靠)调制码率，选择调制编码速率后，该信道对应的业务速率Rk[n]为dl对应的承载能力除以帧周期，Tk[n]表示第k个卫星终端前I帧的平均吞吐量，I为平均窗口，通常设置为前16秒的平均吞吐量。
③如果Tgap[k]＞Tgapthreshold或信号和链路质量测量不可用，则网络应为非实时业务选择最可靠的调制码速率(目标Es/No最低的速率)，为实时业务选择保障最低速率的的调制编码速率，同时初始化RSQIk[n]＝1。
④如果Tgap[k]＞Tgapthreshold且终端的业务队列中没有数据，则信关站应为用户分配接入控制信道，将NeedRach加一；
⑤按照步骤①～④的步骤遍历所有的卫星终端，计算所有终端的Pk[n]＝RSQIk[n]
⑥将所有返向业务缓冲区不为空的卫星终端按照优先级先后加入到调度队列中
S52、如果NeedRach不等于0，则为卫星终端在资源组中分配PRACH信道，并通过PUI的USF指示PRACH信道的存在；
S53、如果还有可用时隙和频率资源用于承载业务数据，从调度队列中选取最高优先级的用户；
S54、根据被选用户k的返向缓冲区队列大小Qk[n]及选择调制编码方式，计算用户占用的时隙和频率资源，通过前向PUI中的USF或ULMAP分配业务信道资源；
S55、遍历调度队列，直到返向信道没有可用资源或用户的返向缓冲区队列为空为止。
综上所述，本发明基于用户位置和波束覆盖实现用户接入控制，同时在用户位置和波束覆盖的基础上，综合考虑系统功率、波束负载、同频干扰等多种因素，为用户合理分配业务信道，从而保证系统同时接入更多用户。在业务信道分配的基础上，对共享信道进行多用户按需调度，在兼顾系统吞吐量的同时提高了系统的公平性，保障了不同业务的延时。
Claims (10)
1.一种卫星移动通信系统无线资源分配方法，其特征在于，包括：
基于用户位置的用户接入管理：网络根据用户粗略位置信息和接入波束负载判断是否能够接入到系统，如果离波束中心点的距离大于阈值或接入波束负载达到了接入门限，则拒绝用户在该波束接入，并通知用户到距离更近或波束负载更低的波束接入；
无线信道资源分配：网络根据用户业务需求、占用功率这些信息为用户分配候选前向信道集合，并在集合中寻找同频干扰最小的信道为用户分配；
共享信道资源动态调度：通过差分滤波器来稳定共享信道测量结果，基于业务类型及数据等待时延、测量的信道质量与误帧率这些参数，计算不同业务队列的优先级，根据优先级选择最合适的用户。
2.根据权利要求1所述的卫星移动通信系统无线资源分配方法，其特征在于，无线信道资源分配的过程具体如下：
S11、信关站综合所有同频波束的业务信道历史使用情况，规划低速载波、中速载波、高速载波、空闲载波的资源分配区域，低速、中速、高速的载波区域采用FDMA方式进行分配；
S12、信关站从卫星操作中心获得卫星波束实时覆盖情况，并根据覆盖情况计算出每个波束的波束中心点、波束边缘位置、最大往返时差这些信息；
S13、根据同频波束中最大往返时差和终端的收发切换时延，计算并规划所有同频波束中低速载波的信道资源对；
S14、卫星终端通过随机接入信道向信关站发送接入请求消息，信关站根据接入请求消息不同判断终端是否在波束边缘；
S15、信关站判断终端接入波束的负载情况，进行终端业务接纳控制；
S16、根据业务类型分配用户业务信道资源，为用户寻找满足功率要求的候选信道对，形成候选信道集合；
S17、从候选信道集合中选择波束峰值功率最小的信道加入到最小功率信道集合；
S18、在最小功率信道集合中选择候选信道对i，计算所有同频波束对服务波束候选信道对i的返向信道带来的同频干扰，并形成对应的同频干扰集合；
S19、从同频干扰集合中寻找同频干扰最小的信道对，并分配给用户。
3.根据权利要求1所述的卫星移动通信系统无线资源分配方法，其特征在于，S14所述卫星终端通过随机接入信道向信关站发送接入请求消息，信关站根据接入请求消息不同判断终端是否在波束边缘，具体如下：
S141、若接入请求消息中包括位置信息，则根据终端经纬度与波束实时覆盖情况这些信息，计算终端是否在波束边缘；
S142、若接入请求消息中未包含终端的位置信息，则根据信关站测量的终端接入请求信道的时间提前量是否已经达到了当前波束最大往返时差，计算终端是否在波束边缘。
4.根据权利要求1所述的卫星移动通信系统无线资源分配方法，其特征在于，S15所述信关站判断终端接入波束的负载情况，进行终端业务接纳控制，具体如下：
S151、若终端不在波束边缘且未到达系统负载门限Pthreshold，则为用户分配信道资源；
S152、若终端在波束边缘且未到达Pthreshold，则为用户分配信道资源；
S153、若终端不在波束边缘且已达到Pthreshold，则拒绝终端接入并指派终端接入到临近负载较低波束中；
S154、若终端在波束边缘且已达到Pthreshold，则拒绝终端接入并指派终端接入到临近负载较低波束中。
5.根据权利要求1所述的卫星移动通信系统无线资源分配方法，其特征在于，S16所述根据业务类型分配用户业务信道资源，为用户寻找满足功率要求的候选信道对，形成候选信道集合，具体如下：
S161、若终端请求的业务类型为电路域业务，则在低速载波区域可用信道资源对中，选择第i个DTCH信道计算分配后的当前波束前向峰值功率Pi，DTCH信道的最大峰值功率max(PDTCH)作为第i个DTCH信道的初始功率，max(PDTCH)是根据前向链路预算公式，结合用户终端的G/T值、信道所需的C/N以及链路裕量，计算得到的最大峰值功率，在业务通信期间通过闭环链路控制动态调整；则此时系统峰值功率为：
Pi≤Pthreshold
式中，P(DTCH)d代表第d个处于激活状态DTCH信道最大峰值功率，sd，i表示分配的第i个DTCH信道是否与第d个DTCH信道同时存在，vox为系统配置的话音激活因子，默认设置为0.6，dtchNum代表当前波束处于激活状态的DTCH信道个数，P(PDTCH)p代表第p个处于激活状态的PDTCH信道最大峰值功率，pp，i表示分配的第i个DTCH信道是否与第p个DTCH信道同时存在，pdtchNum代表处于激活状态的PDTCH信道个数；
遍历低速载波区域所有可用信道资源，计算每个资源对的前向功率Pi，若满足Pi≤Pthreshold，则将第i个DTCH信道作为候选信道放入候选信道集合SelectedChannelSet中；
S162、若候选信道集合SelectedChannelSet为空且有空闲区域，则按照1个基本载波宽度调整空闲载波区域的载波为低速载波分配区域，若候选信道集合SelectedChannelSet为空且没有空闲区域，则按照先回收高速载波再回收中速载波的顺序，分别按照5和2个连续基本载波回收高中速载波分配区域资源，再从低俗载波分配区域中所有可用信道资源中，计算候选信道并放入候选信道集合SelectedChannelSet中；
S163、若业务类型为分组域业务，则根据用户终端的能力，选择不同速率的PDTCH信道为用户提供服务，若用户使用小终端则为用户选择中速载波区域作为候选信道区域，若用户使用大终端则为用户选择高速载波区域作为候选信道区域；
S164、在候选信道区域中，优先选择已分配的第chan个PDTCH信道资源组作为候选信道，根据用户提供的QoS参数最小保证速率Rmin和最大请求速率Rreg计算候选信道是否满足应用需求：
Rreg≤Rchan
式中，Ru，min代表与第chan个候选PDTCH信道共享用户u的最小保证速率；上述第一个式子要求所有共享用户的最小保证速率之和小于等于候选PDTCH信道速率，上述第二个式子要求用户请求的最大速率小于PDTCH信道速率；若满足上述两个式子的要求，则将该候选信道放入候选信道集合SelectedChannelSet中，遍历候选区域内所有已分配的PDTCH信道；
S165、若候选信道区域中，没有满足用户QoS需求且已分配的PDTCH信道资源组，则按照卫星终端的最大请求速率Rreq，为用户从空闲的PDTCH信道中选择n个连续D-MAC为用户分配，n＝1，2，3，4，即第i个空闲的PDTCH信道组，作为候选信道并计算分配后的当前波束峰值功率Pi，按照PDTCH信道的最大峰值功率max(PPDTCH)作为第i个PDTCH信道的初始功率，max(PDTCH)是根据前向链路预算公式，结合服务用户终端最小G/T值、信道所需的C/N以及链路裕量，计算得到的最大峰值功率，在业务通信期间不做调整，则此时峰值功率为：
Pi≤Pthreshold
式中，P(DTCH)d代表第d个处于激活状态DTCH信道最大峰值功率，sd，i表示分配的第i个DTCH信道是否与第d个DTCH信道同时存在，vox为系统配置的话音激活因子，默认设置为0.6，dtchNum代表当前波束处于激活状态的DTCH信道个数，P(PDTCH)p代表第p个处于激活状态的PDTCH信道最大峰值功率，pp，i表示分配的第i个DTCH信道是否与第p个DTCH信道同时存在，pdtchNum代表处于激活状态的PDTCH信道个数；
遍历候选信道载波区域所有可用信道资源，计算每个资源对的前向功率Pi，若满足Pi≤Pthreshold，并将该候选信道放入候选信道集合SelectedChannelSet中；
S166、若候选信道集合SelectedChannelSet为空且有空闲区域，则按照2个基本载波宽度调整空闲载波区域的载波为中速载波分配区域，按照5个连续基本载波宽度增加高速载波分配区域，并再次从候选信道载波区域计算候选信道的功率。
6.根据权利要求1所述的卫星移动通信系统无线资源分配方法，其特征在于，共享信道资源动态调度包括共享信道测量结果滤波处理，具体如下：
前向链路共享信道调制编码方式的选择基于卫星终端测量的共享信道信号质量SQM及前向质量指示器FQI，不同的用户信道测量结果不同，该共享信道为用户提供的承载能力也不同，其中，SQM等于估计的信噪干扰比SNIR，前向质量指示器FQI指示前向链路误帧率；
返向链路共享信道调制编码方式的选择基于信关站测量的返向链路信道质量SQM、返向链路指示器RQI、返向链路的传输功率水平，SQM等于估计的信噪干扰比SNIR，返向质量指示器RQI指示前向链路误帧率；对于从卫星终端接收的每种突发类型，信关站应分别进行SQM平均；同样，RQI处理过程针对每种突发类型和码速率单独完成。
7.根据权利要求6所述的卫星移动通信系统无线资源分配方法，其特征在于，前向链路共享信道调制编码方式的选择，具体如下：
S21、当卫星终端收到信关站分配的共享业务信道PDTCH后，将按照Tsqir周期对连续N个PDTCH信道进行测量得到SQM，并通过PACCH信道向信关站报告SQIR、SQISDR、FQI，Tsqir＝240ms，信关站根据需要进行配置：
S22、信关站收到卫星终端发送的信道测量消息后，通过滤波器来平滑SQIR和SQISDR来获得SQIR的平均SQIRavg和标准差的平均SQISDRavg：
SQIRavg(n)＝γ*SQIR+(1-γ)*SQIRavg(n-1)
SQISDRavg(n)＝γ*SQISDR+(1-γ)*SQISDRavg(n-1)
式中γ表示第一遗忘因子；
S23、如果信关站从卫星终端接收到6比特的FQI，FQI表示卫星终端测量的量化FER，则使用FER来计算用户前向链路裕量λ，公式如下：
其中，根据业务不同，信关站将Δ和FERtarget设置不同的参数，其中FERtarget至少为0.01，λ0＝0。
8.根据权利要求6所述的卫星移动通信系统无线资源分配方法，其特征在于，返向链路共享信道调制编码方式的选择具体如下：
S31、接收到卫星终端发送的突发，信关站测量突发信号质量SQMj，为了估算短时信道变化的影响，信关站对SQM进行滤波，为了返向链路自适应调制编码，信关站维护三个差分滤波器，如下：
SQMavg＝β*SQMj+(1-β)*SQMavg
PANavg＝β*PANj+(1-β)*PANavg
SQMvar＝β*(SQMj-SQMavg)2+(1-β)*SQMvar
式中β表示第二遗忘因子；
S32、信关站使用来自每个接收到的突发的CRC通过或失败指示器计算裕量λ：
其中，根据业务不同，信关站将Δ和FERtarget设置不同的参数；对于不同的突发类型和码率，网络应保持单独的裕量λ。
9.根据权利要求1所述的卫星移动通信系统无线资源分配方法，其特征在于，共享信道资源动态调度包括前向共享信道资源动态调度，具体如下：
S41、当一个调度周期n来临时，信关站遍历所有卫星终端的信令队列，若信令队列中有数据，优先将信令队列的数据封装成RLC/MAC块，不同用户的信令封装成不同的RLC/MAC块；
S42、若PDTCH信道还有剩余空间，则信关站遍历所有卫星终端的业务队列，并计算每个终端业务队列的调度优先级Pk[n]；
S421、选择一个卫星终端k，并读取业务队列上最早排队的IP数据包的延迟delayk[n]、业务类型、传输中断时间Tgap[k]、信号质量这些参数；
S422、如果Tgap[k]≤Tgapthreshold，则信关站使用终端信道测量参数包括SQIRavg(n)、SQISDRavg(n)的平均值来选择适当的调制编码速率，具体如下：
di＝SQIRavg(n)-(Es/No)i-δdn
其中，SQIRavg(n)是当前SQIRavg(n)，Es/No能够查询，i表示每个突发系列中的调制编码速率方案；
δdn即前向链路裕量，计算公式为
δdn＝εdn*SQISDRavg(n)+λn
εdn为：
而SQIRavg(n→1)是前一个SQIR值，εdn，low设置为0.5，εdn，high设置为0.9，如果SQIRavg(n-1)不可用，则εdn等于εdn，low；
第l个调制码速率的选择应使dl是所有di中的最小正数；如果dl对于所有调制编码方案均为负数，则选择最低调制码率，选择调制编码速率后，该信道对应的业务速率Rk[n]为dl对应的承载能力除以帧周期，Tk[n]表示第k个卫星终端前I帧的平均吞吐量；I为平均窗口，设置为前6秒的平均吞吐量；
S423、如果Tgap[k]＞Tgapthreshold或信号和链路质量测量不可用，信关站应为非实时业务选择最可靠的调制码速率即目标Es/No最低的速率，为实时业务选择保障最低速率的的调制编码速率，同时初始化RSQIk[n]＝1；
S424、根据延迟delay[n]、业务类型、传输中断时间Tgap[k]、信号质量这些参数，按照以下公式计算卫星终端k的Pk[n]；
其中，delayk[n]表示第k个卫星终端的最早排队的IP数据包的延迟，以秒为单位；Nu表示当前共享信道支持的卫星终端的总数，βk∈(0，1]与满足最后期限
的期望概率有关；对于实时类业务，βk＝0.01和
对于非实时业务，βk＝0.1和
S425、按照步骤S421～S424的步骤遍历所有的卫星终端，计算所有终端的Pk[n]，并按照优先级先后将有需要发送的终端业务队列放置到调度队列中；
S43、从调度队列中选取最高优先级的用户业务队列中第一个数据，经过分段并封装成RLC/MA块；
S44、若PDTCH信道还有剩余的比特可用，则从调度优先级队列中继续获取队列中的第一个数据，经过分段并封装成RLC/MACPDU，直到PDTCH信道没有可用比特。
10.根据权利要求1所述的卫星移动通信系统无线资源分配方法，其特征在于，共享信道资源动态调度包括返向共享信道资源动态调度，具体如下：
S51：当一个调度周期n来临时，信关站遍历所有卫星终端的返向业务队列，并计算每个终端的调度优先级Pk[n]；
①信关站选择一个卫星终端k，并读取传输中断时间Tgap[k]、信号质量这些参数；
②如果Tgap[k]≤Tgapthreshold，信关站将根据上一次返向传输期间进行的信号质量测量历史记录来确定返向链路调制码速率：
di＝SQIRavg(n)+PANavg-(Es/N0)i-δup
其中，SQIRavg(n)是当前SQIR值，Es/No能够查询，i表示每个突发系列中的调制编码速率方案；δup返回链路裕量计算如下
δup＝εup*SQMdev(n)+λn，i
其中，SQMdev(n)是SQM估计值的标准差，从SQMvar推导，λn，i是第i个调制编码方式的裕量，由共享信道测量过程得到，而εup是：
而SQIRavg(n-1)是之前的SQIR值；εdn，low设置为0.5，εdn，high设置为0.8，如果SQIRavg(n-1)不可用，则εdn等于εdn，low；
第l个调制码速率的选择应使dl是所有di中的最小正数；如果dl对于所有调制编码方案均为负数，则选择最低即最可靠调制码率，选择调制编码速率后，该信道对应的业务速率Rk[n]为dl对应的承载能力除以帧周期，Tk[n]表示第k个卫星终端前I帧的平均吞吐量；I为平均窗口，设置为前16秒的平均吞吐量：
③如果Tgap[k]＞Tgapthreshold或信号和链路质量测量不可用，则网络应为非实时业务选择最可靠的调制码速率即目标Es/No最低的速率，为实时业务选择保障最低速率的调制编码速率，同时初始化RSQIk[n]＝1；
④如果Tgap[k]＞Tgapthreshold且终端的业务队列中没有数据，则信关站应为用户分配接入控制信道，将NeedRach加1；
⑤按照步骤①～④的步骤遍历所有的卫星终端，计算所有终端的Pk[n]＝RSQIk[n]；
⑥将所有返向业务缓冲区不为空的卫星终端按照优先级先后加入到调度队列中；
S52、如果NeedRach不等于0，则为卫星终端在资源组中分配PRACH信道，并通过PUI的USF指示PRACH信道的存在；
S53、如果还有可用时隙和频率资源用于承载业务数据，从调度队列中选取最高优先级的用户；
S54、根据被选用户k的返向缓冲区队列大小Qk[n]及选择调制编码方式，计算用户占用的时隙和频率资源，通过前向PUI中的USF或ULMAP分配业务信道资源；
S55、遍历调度队列，直到返向信道没有可用资源或用户的返向缓冲区队列为空为止。
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Family
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116506006A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-07-28 | 北京华龙通科技有限公司 | 卫星通信无线资源管理任务调度方法、装置、设备及介质 |
| CN116506950A (zh) * | 2023-06-27 | 2023-07-28 | 南京控维通信科技有限公司 | 基于QoS策略的动态时隙分配方法 |
| CN116567762A (zh) * | 2023-07-12 | 2023-08-08 | 成都本原星通科技有限公司 | 一种基于多QoS优化的星地协同选择接入控制方法 |
| CN117278472A (zh) * | 2023-11-22 | 2023-12-22 | 成都星联芯通科技有限公司 | 链路流量控制方法、装置、电子设备和可读存储介质 |
| CN117478208A (zh) * | 2023-12-26 | 2024-01-30 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种面向差异化用户群的资源动态分配卫星移动通信系统 |
| CN117835358A (zh) * | 2024-03-06 | 2024-04-05 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种卫星移动通信系统话音速率自适应方法 |
| CN117879697A (zh) * | 2024-03-13 | 2024-04-12 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种mf-tdma卫星网资源动态均衡方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040100941A1 (en) * | 2002-11-20 | 2004-05-27 | Kwang Jae Lim | Adaptive packet transmission method for transmitting packets in multibeam satellite communication system |
| WO2017032737A1 (en) * | 2015-08-21 | 2017-03-02 | Avanti Communications Group Plc | Spot-beam satellite |
| US20190097717A1 (en) * | 2017-09-26 | 2019-03-28 | Thales | Method of allocating frequency resources for a satellite telecommunication system |
| CN113644964A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-11-12 | 北京邮电大学 | 一种多波束卫星同频组网系统的多维资源联合分配方法 |
| CN114142910A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-03-04 | 南京熊猫汉达科技有限公司 | 一种低轨星座卫星通信系统的集群通信方法与装置 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040100941A1 (en) * | 2002-11-20 | 2004-05-27 | Kwang Jae Lim | Adaptive packet transmission method for transmitting packets in multibeam satellite communication system |
| WO2017032737A1 (en) * | 2015-08-21 | 2017-03-02 | Avanti Communications Group Plc | Spot-beam satellite |
| US20190097717A1 (en) * | 2017-09-26 | 2019-03-28 | Thales | Method of allocating frequency resources for a satellite telecommunication system |
| CN113644964A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-11-12 | 北京邮电大学 | 一种多波束卫星同频组网系统的多维资源联合分配方法 |
| CN114142910A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-03-04 | 南京熊猫汉达科技有限公司 | 一种低轨星座卫星通信系统的集群通信方法与装置 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| YAOHUA SUN: "Edge intelligence assisted resource management for satellite communication", 《CHINA COMMUNICATIONS》, 17 August 2022 (2022-08-17) * |
| 丁亚南;庞文镇;张艳君;赵金峰;: "GMR-1卫星移动通信系统中融合波束覆盖的动态信道分配算法", 移动通信, no. 09, 15 September 2020 (2020-09-15) * |
| 邵晴: "多波束宽带卫星通信系统资源分配及调度算法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》, 15 February 2022 (2022-02-15) * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116506950A (zh) * | 2023-06-27 | 2023-07-28 | 南京控维通信科技有限公司 | 基于QoS策略的动态时隙分配方法 |
| CN116506950B (zh) * | 2023-06-27 | 2023-09-15 | 南京控维通信科技有限公司 | 基于QoS策略的动态时隙分配方法 |
| CN116506006A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-07-28 | 北京华龙通科技有限公司 | 卫星通信无线资源管理任务调度方法、装置、设备及介质 |
| CN116506006B (zh) * | 2023-06-29 | 2023-10-03 | 北京华龙通科技有限公司 | 卫星通信无线资源管理任务调度方法、装置、设备及介质 |
| CN116567762A (zh) * | 2023-07-12 | 2023-08-08 | 成都本原星通科技有限公司 | 一种基于多QoS优化的星地协同选择接入控制方法 |
| CN117278472A (zh) * | 2023-11-22 | 2023-12-22 | 成都星联芯通科技有限公司 | 链路流量控制方法、装置、电子设备和可读存储介质 |
| CN117478208A (zh) * | 2023-12-26 | 2024-01-30 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种面向差异化用户群的资源动态分配卫星移动通信系统 |
| CN117478208B (zh) * | 2023-12-26 | 2024-03-19 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种面向差异化用户群的资源动态分配卫星移动通信系统 |
| CN117835358A (zh) * | 2024-03-06 | 2024-04-05 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种卫星移动通信系统话音速率自适应方法 |
| CN117835358B (zh) * | 2024-03-06 | 2024-05-03 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种卫星移动通信系统话音速率自适应方法 |
| CN117879697A (zh) * | 2024-03-13 | 2024-04-12 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种mf-tdma卫星网资源动态均衡方法 |
| CN117879697B (zh) * | 2024-03-13 | 2024-05-28 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种mf-tdma卫星网资源动态均衡方法 |
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