CN117478208A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明公开了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，属于卫星通信领域。系统针对各用户群部署统一的管控中心，通过管控中心为各用户群分别划分资源池，实现在功率受限情况下的基于频率和时隙资源的分配。在保证不同用户群体制设计差异化的条件下，不同用户群体制的设计满足其资源需求符合系统的最小资源切片条件，通过集中式全网资源管理的管控中心实现对不同用户群资源池的动态调整，进而实现资源在跨用户群、跨体制之间的高效调配与利用。结合用户信息上报、资源抢夺与资源留存等多种方式实现对不同级别用户提供不同用户体验的服务。本发明提高了系统资源利用率，可在多个具有差异化体制的用户群之间高效分配资源。

Description

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

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及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。

背景技术

卫星移动通信系统是一种多频时分多址接入的卫星通信系统，其将FDMA与TDMA体制充分结合，既允许众多用户终端共享一系列载波，也允许单个用户终端独享一个载波。对于多用户终端共享一系列载波情形，每个载波需要进行时隙划分，通过综合调度时频二维资源，达到资源的灵活分配。由于频率存在时间与频点两个维度，且卫星是功率受限系统，所以其资源调度方法较为复杂。对于支持多用户群的卫星移动通信系统，应为不同用户群的通信需求不同，所以每个用户群的体制设计迥异，进而其对信道带宽大小的需求也是千差万别，这便需要为每个用户群设计独立的资源切片方法以及独立的资源池。资源在各个资源池之间不能灵活调整、不能实现不同用户群之间的信道资源共享，这种资源池划分方法造成信道重复利用率较低，信道资源浪费严重。

发明内容

有鉴于此，本发明提出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。该系统在满足不同用户群体制差异化设计的前提下，通过体制设计中的共性来实现不同用户群共享一个高效的动态资源池。

本发明通过以下技术方案实现：

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，用于在多个具有差异化体制的用户群之间分配资源，包括管控中心、透明转发卫星、各用户群信关站和各用户群终端；

所述管控中心对不同用户群分别设置专用资源池，各用户群资源池大小能够跨用户群动态调整，从而为各用户群提供所需的资源管理与资源分配；此外，管控中心还对系统的运行状态进行监视、管理和控制；

所述各用户群信关站，为卫星通信系统各用户群的数据中心节点，负责卫星通信业务数据的分发与收集，完成卫星通信网内部数据的交换与对外网络的数据路由；各用户群信关站具备网络管理与运行控制功能，并负责完成站内资源调度、站内设备管理；

所述透明转发卫星对接收的信号进行放大与变频，完成射频信号在用户群信关站与用户群终端之间的转发；

所述各用户群终端通过卫星与本用户群信关站及地面网络进行通信，实现语音、短信和数据业务。

进一步地，各用户群的信道对频率和时隙资源的需求满足系统最小资源切片基准，各用户群的体制设计方式如下：

步骤1，根据各用户群业务特点与性能需求，确定各用户群的多址接入方式；多址接入方式包括TDMA/FDMA混合方式与FDMA/SCPC方式；

步骤2，根据所有支持TDMA/FDMA多址方式用户群的业务速率和性能需求，确定公共时隙长度；

步骤3，首先对业务速率最低的用户群进行体制设计，包括如下体制参数：信道编码方式、调制方式、编码打孔数、独特字序列和成型函数。根据体制参数设计其帧结构，并确定系统基本时隙单元，/>为公共时隙长度的整数倍；

步骤4，将步骤3中确定的体制参数与带入如下关系式，计算出系统基本载波带宽/>：

式中，为单位时间内的用户业务比特数，/>为信道编码码率，/>为编码尾比特，x为信道编码后比特打孔数，/>为保护比特数，/>为独特字比特数，M为调制阶数，/>为系统基本载波带宽，/>为系统基本时隙单元，/>为成型系数；

当n与k取值均为正整数时，系统所有用户群的业务资源需求满足系统的最小资源切片基准；步骤4中n取1；

步骤5，根据其他用户群业务速率和通信性能需求，分别对它们的业务体制和帧结构进行初步设计；

步骤6，将其他各用户群的初步体制设计参数分别带入步骤4中的关系式，在各用户群通信性能得以保证的前提下，对各用户群的初步体制设计参数进行调整，以保证关系式内n与k取值均为正整数，即各用户群体制的带宽需求为基本带宽的整数倍，时隙需求为基本时隙分配单元的整数倍；

步骤7，针对FDMA/SCPC多址方式的业务，其体制设计只需保证其载波带宽需求是的整数倍即可。

进一步地，管控中心每次资源分配时考虑卫星功率使用情况，管控中心通过消息获取信关站当前在用信道的帧计划，并结合各信道的功控控制系数，估算出当前波束在一帧内的瞬时功率最大值：

式中，K为已分配的信道数，N为系统一帧的时隙数，p为时隙内的功率值，为功率调控系数；

分配新的信道资源时，当前波束在一帧内的瞬时功率最大值不超过该波束最大功率允许值。

进一步地，各用户群信关站向管控中心上报当前在网用户信息，且每当有用户入退网时，用户群信关站均主动上报管控中心，管控中心依据用户的业务特征优化调整资源池；具体步骤如下：

步骤1）管控中心启动，完成对各个资源池的初始化配置；

步骤2）管控中心向各信关站发送获取当前在网用户信息请求，各信关站将当前在网用户信息应答给管控中心；

步骤3）管控中心解析用户信息，获取当前各用户群在网用户信息及状态；

步骤4）管控中心根据各用户群在网用户特点，对资源池进行二次调整；

步骤5）当某用户群有特殊用户入网或退网时，信关站向管控中心上报消息；

步骤6）管控中心根据该消息研判是否有必要对资源池配置进行调整。

进一步地，管控中心采用资源抢夺方式分配资源，具体步骤如下：

步骤1）管控中心针对某用户群执行特保任务，并为特保任务用户规划较高的优先级；

步骤2）管控中心将特保任务计划下发至信关站，信关站收到特保任务后确认特保任务用户及其优先级，并向管控中心反馈其已收到特保任务并已准备就绪；

步骤3）特保任务用户发起业务申请；

步骤4）信关站识别特保任务用户，并向管控中心发起资源申请请求流程，信关站启动资源申请应答定时器，等待管控中心的资源申请应答；

步骤5）管控中心收到信关站的用户资源申请，但此时资源池无空闲资源可用。管控中心挑选当前优先级较低的非特保任务用户，准备向其发起资源强制收回操作；

步骤6）管控中心通过信关站向低优先级用户发起资源强制收回指示，随后低优先级用户释放资源，最后信关站向管控中心回复资源强制收回成功；

步骤7）管控中心在强制收回资源后，通过向信关站发送动态资源申请应答消息将资源分配下发；

步骤8）信关站收到动态资源申请应答消息，立即关闭资源申请应答定时器，并将下发的资源分配给特保任务用户；

步骤9）特保任务用户业务建立；

步骤10）当特保任务执行完毕后，特保任务用户业务结束，信关站向管控中心发起资源释放请求流程，完成资源释放与回收。

进一步地，管控中心通过资源留存方式为高服务级别用户留存一定数量的信道资源，具体步骤如下：

步骤1）当系统需要向某用户群高优先级用户提供服务时，为了保证用户体验，管控中心开启实时资源留存策略；

步骤2）根据该高优先级用户的优先级级别设置优先级门限与留存资源百分比门限；

步骤3）当管控中心接收到资源请求时，判断当前已分配的实时资源是否已达设置的留存百分比门限，如果没有达到门限，则正常分配资源；如果已达门限，则进一步判断该用户的优先级；

步骤4）根据预设的优先级门限，若该用户优先级高于设置门限，则分配资源；若该用户优先级低于设置门限，则拒绝分配资源。

本发明的有益效果在于：

1、本发明系统各个用户群业务信道体制根据各用户群特点独立设计，各用户群业务信道对频率和时隙资源的需求满足系统最小资源切片基准，从而在最大程度上实现对信道资源的利用。

2、本发明系统对各用户群设置其专用资源池，各资源池大小的配置不是固定的，系统管控中心在按需动态分配基础上对资源池动态划分调整。

3、本发明可根据用户群终端在网状况、不同场景和不同用户优先级进行灵活地、动态地调整。系统管控中心通过与信关站交互在网终端用户信息的方式，实时掌握用户群终端在网状况，以便灵活调整资源池配置。此外，系统还可通过资源抢夺和资源留存方式，优先保障高优先级用户的用户体验。

附图说明

图1为系统针对不同用户群动态分配资源池的架构图；

图2为系统基于频率、时隙和功率的三维资源分配示意图；

图3为系统根据用户群的用户在网消息优化调整资源池的流程图；

图4为系统根据用户的优先级实施信道资源抢夺的流程图；

图5为系统针对资源池实施资源留存功能的处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步地描述。

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，包括管控中心、透明转发卫星、各用户群信关站和各用户群终端，且支持多个差异化体制的用户群。

系统针对不同用户群动态分配资源池的架构图如图1所示。系统各个用户群业务信道体制根据各用户群特点独立设计，各用户群业务信道对频率和时隙资源的需求满足系统最小资源切片基准，从而实现对业务信道资源池的共享。系统对各用户群设置其专用资源池，但各资源池大小的配置不是固定的，系统管控中心在按需动态分配基础上对资源池动态划分调整。该系统可根据用户群终端在网状况、不同场景和不同用户优先级进行灵活地、动态地调整。系统管控中心通过与信关站交互在网终端用户信息的方式，实时掌握用户群终端在网状况，以便灵活调整资源池配置。此外，系统通过资源抢夺和资源留存方式，优先保障高优先级用户的用户体验。

进一步地，各用户群的信道对频率和时隙资源的需求满足系统最小资源切片基准，各用户群在体制设计时，选取对带宽需求最小、时隙需求最少的一种体制作为资源切片基准，该切片基准的带宽作为系统基本载波带宽，该切片基本的时隙长度作为基本时隙单元；所有体制的带宽需求均为基本带宽的整数倍，时隙需求为基本时隙分配单元的整数倍；不同用户群的业务速率、多址方式、调制编码方式独立设计，在用户信息比特完成信道编码后，对信道编码输出的比特通过比特打孔进行码率适配，比特打孔操作仅针对编码器出书的校验位进行删除；经比特打孔处理后的编码比特在两端插入保护周期、中间插入独特字后，进行基带调制。各用户群体制参数与系统基本载波带宽、基本时隙单元须满足如下关系式：

式中，为单位时间内的用户业务比特数，/>为信道编码码率，/>为编码尾比特，x为信道编码后比特打孔数，/>为保护比特数，/>为独特字比特数，M为调制阶数，/>为系统基本载波带宽，/>为系统基本时隙单元，/>为成型系数；当n与k取值均为正整数时，系统所有用户群的业务资源需求满足系统的最小资源切片基准。满足系统最小资源切片基准的各用户群体制设计具体实现步骤如下：

（1），根据各用户群业务特点与性能需求，确定各用户群的多址接入方式；多址接入方式包括TDMA/FDMA混合方式与FDMA/SCPC方式；

（2），综合分析所有支持TDMA/FDMA多址方式用户群的业务速率和性能需求，确定公共的、合适的时隙长度；

（3），首先对业务速率最低的用户群进行体制设计，包括如下体制参数：信道编码方式、调制方式、编码打孔数、独特字序列和成型函数。根据体制参数设计其帧结构，并确定系统基本时隙单元，/>为公共时隙长度的整数倍；

（4），将步骤3中确定的体制参数与带入如下关系式，n取1，计算出系统基本载波带宽/>：

式中，为单位时间内的用户业务比特数，/>为信道编码码率，/>为编码尾比特，x为信道编码后比特打孔数，/>为保护比特数，/>为独特字比特数，M为调制阶数，/>为系统基本载波带宽，/>为系统基本时隙单元，/>为成型系数；当n与k取值均为正整数时，系统所有用户群的业务资源需求满足系统的最小资源切片基准；

（5），根据其他用户群业务速率和通信性能需求，分别对它们的业务体制和帧结构进行初步设计；

（6），将其他各用户群的初步体制设计参数分别带入步骤4中的关系式，在各用户群通信性能得以保证的前提下，对各用户群的初步体制设计参数进行调整，以保证关系式内n与k取值均为正整数，即各用户群体制的带宽需求为基本带宽的整数倍，时隙需求为基本时隙分配单元的整数倍；

（7），针对FDMA/SCPC多址方式的业务，其体制设计只需保证其载波带宽需求是的整数倍即可。

按上述步骤设计各用户群体制后，系统为各个用户群分配资源池，各用户群用户的资源占用情况示例如图2所示。

进一步地，系统每次的资源分配必须考虑卫星功率使用情况，管控中心通过消息获取信关站当前在用信道的帧计划，并结合各信道的功控控制系数，估算出当前波束在一帧内的瞬时功率最大值：

其中K为已分配的信道数，N为系统一帧的时隙数，p为时隙内的功率值，为功率调控系数。

当系统分配新的信道资源时，需考虑当前波束在一帧内的瞬时功率最大值不超过该波束最大功率允许值。

进一步地，各用户群信关站向管控中心上报当前在网用户信息，且每当有用户入退网时，用户群信关站均主动上报管控中心，管控中心依据用户的业务特征优化调整资源池；具体步骤如图3所示：

（1）管控中心启动，完成对各个资源池的初始化配置；

（2）管控中心向各信关站发送获取当前在网用户信息请求，各信关站将当前在网用户信息应答给管控中心；

（3）管控中心解析用户信息，获取当前各用户群在网用户信息及状态；

（4）管控中心根据各用户群在网用户特点，对资源池进行二次调整；

（5）当某用户群有特殊用户入网或退网时，信关站向管控中心上报消息；

（6）管控中心根据该消息研判是否有必要对资源池配置进行调整。

进一步地，管控中心采用资源抢夺方式分配资源。具体步骤如图4所示：

（1）管控中心针对某用户群执行特保任务，并为特保任务用户规划较高的优先级；

（2）管控中心将特保任务计划下发至信关站，信关站收到特保任务后确认特保任务用户及其优先级，并向管控中心反馈其已收到特保任务并已准备就绪；

（3）特保任务用户发起业务申请；

（4）信关站识别特保任务用户，并向管控中心发起资源申请请求流程，信关站启动资源申请应答定时器，等待管控中心的资源申请应答；

（5）管控中心收到信关站的用户资源申请，但此时资源池无空闲资源可用。管控中心挑选当前优先级较低的非特保任务用户，准备向其发起资源强制收回操作；

（6）管控中心通过信关站向低优先级用户发起资源强制收回指示，随后低优先级用户释放资源，最后信关站向管控中心回复资源强制收回成功；

（7）管控中心在强制收回资源后，通过向信关站发送动态资源申请应答消息将资源分配下发；

（8）信关站收到动态资源申请应答消息，立即关闭资源申请应答定时器，并将下发的资源分配给特保任务用户，

（9）特保任务用户业务建立；

（10）当特保任务执行完毕后，特保任务用户业务结束，信关站向管控中心发起资源释放请求流程，完成资源释放与回收。

进一步地，管控中心通过资源留存方式为高服务级别用户留存一定数量的信道资源。具体步骤如图5所示：

（1）当系统需要向某用户群高优先级用户提供服务时，为了保证用户体验，管控中心开启实时资源留存策略；

（2）根据该高优先级用户的优先级级别设置优先级门限与留存资源百分比门限；

（3）当管控中心接收到资源请求时，判断当前已分配的实时资源是否已达设置的留存百分比门限，如果没有达到门限，则正常分配资源；如果已达门限，则进一步判断该用户的优先级；

（4）根据预设的优先级门限，若该用户优先级高于设置门限，则分配资源；若该用户优先级低于设置门限，则拒绝分配资源。

总之，针对各用户群都有各自网控中心与独立资源池的情形，本发明对各用户群统一部署一个集中的管控中心，以管控中心为各用户群划分资源池，通过集中式全网资源管理系统实现对不同用户群资源池的动态调整，进而实现资源在跨用户群、跨体制之间的高效调配与利用。本发明在不同用户群体制按规则差异化设计的条件下，实现不同用户群对资源的需求满足系统的最小资源切片条件。本发明还具备在网用户信息上报、资源抢夺与资源留存等多种功能实现对不同级别用户提供不同用户体验的服务，提高了系统资源利用率。

Claims (6)

1.一种面向差异化用户群的资源动态分配卫星移动通信系统，其特征在于，用于在多个具有差异化体制的用户群之间分配资源，包括管控中心、透明转发卫星、各用户群信关站和各用户群终端；

所述管控中心对不同用户群分别设置专用资源池，各用户群资源池大小能够跨用户群动态调整，从而为各用户群提供所需的资源管理与资源分配；此外，管控中心还对系统的运行状态进行监视、管理和控制；

所述各用户群信关站，为卫星通信系统各用户群的数据中心节点，负责卫星通信业务数据的分发与收集，完成卫星通信网内部数据的交换与对外网络的数据路由；各用户群信关站具备网络管理与运行控制功能，并负责完成站内资源调度、站内设备管理；

所述透明转发卫星对接收的信号进行放大与变频，完成射频信号在用户群信关站与用户群终端之间的转发；

所述各用户群终端通过卫星与本用户群信关站及地面网络进行通信，实现语音、短信和数据业务。

2.根据权利要求1所述的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，其特征在于，各用户群的信道对频率和时隙资源的需求满足系统最小资源切片基准，各用户群的体制设计方式如下：

步骤1，根据各用户群业务特点与性能需求，确定各用户群的多址接入方式；多址接入方式包括TDMA/FDMA混合方式与FDMA/SCPC方式；

步骤2，根据所有支持TDMA/FDMA多址方式用户群的业务速率和性能需求，确定公共时隙长度；

步骤3，对业务速率最低的用户群进行体制设计，包括如下体制参数：信道编码方式、调制方式、编码打孔数、独特字序列和成型函数；根据体制参数设计其帧结构，并确定系统基本时隙单元，/>为公共时隙长度的整数倍；

步骤4，将步骤3中确定的体制参数与带入如下关系式，计算出系统基本载波带宽/>：

式中，为单位时间内的用户业务比特数，/>为信道编码码率，/>为编码尾比特，x为信道编码后比特打孔数，/>为保护比特数，/>为独特字比特数，M为调制阶数，/>为系统基本载波带宽，/>为系统基本时隙单元，/>为成型系数；

当n与k取值均为正整数时，系统所有用户群的业务资源需求满足系统的最小资源切片基准；步骤4中n取1；

步骤5，根据其他用户群业务速率和通信性能需求，分别对它们的业务体制和帧结构进行初步设计；

步骤6，将其他各用户群的初步体制设计参数分别带入步骤4中的关系式，在各用户群通信性能得以保证的前提下，对各用户群的初步体制设计参数进行调整，以保证关系式内n与k取值均为正整数，即各用户群体制的带宽需求为基本带宽的整数倍，时隙需求为基本时隙分配单元的整数倍；

步骤7，针对FDMA/SCPC多址方式的业务，其体制设计只需保证其载波带宽需求是的整数倍即可。

3.根据权利要求1所述的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，其特征在于，管控中心每次资源分配时考虑卫星功率使用情况，管控中心通过消息获取信关站当前在用信道的帧计划，并结合各信道的功控控制系数，估算出当前波束在一帧内的瞬时功率最大值：

式中，K为已分配的信道数，N为系统一帧的时隙数，p为时隙内的功率值，为功率调控系数；

分配新的信道资源时，当前波束在一帧内的瞬时功率最大值不超过该波束最大功率允许值。

4.根据权利要求1所述的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，其特征在于，各用户群信关站向管控中心上报当前在网用户信息，且每当有用户入退网时，用户群信关站均主动上报管控中心，管控中心依据用户的业务特征优化调整资源池；具体步骤如下：

步骤1）管控中心启动，完成对各个资源池的初始化配置；

步骤2）管控中心向各信关站发送获取当前在网用户信息请求，各信关站将当前在网用户信息应答给管控中心；

步骤3）管控中心解析用户信息，获取当前各用户群在网用户信息及状态；

步骤4）管控中心根据各用户群在网用户特点，对资源池进行二次调整；

步骤5）当某用户群有特殊用户入网或退网时，信关站向管控中心上报消息；

步骤6）管控中心根据该消息研判是否有必要对资源池配置进行调整。

5.根据权利要求1所述的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，其特征在于，管控中心采用资源抢夺方式分配资源，具体步骤如下：

步骤1）管控中心针对某用户群执行特保任务，并为特保任务用户规划较高的优先级；

步骤2）管控中心将特保任务计划下发至信关站，信关站收到特保任务后确认特保任务用户及其优先级，并向管控中心反馈其已收到特保任务并已准备就绪；

步骤3）特保任务用户发起业务申请；

步骤4）信关站识别特保任务用户，并向管控中心发起资源申请请求流程，信关站启动资源申请应答定时器，等待管控中心的资源申请应答；

步骤5）管控中心收到信关站的用户资源申请，但此时资源池无空闲资源可用，管控中心挑选当前优先级较低的非特保任务用户，准备向其发起资源强制收回操作；

步骤6）管控中心通过信关站向低优先级用户发起资源强制收回指示，随后低优先级用户释放资源，最后信关站向管控中心回复资源强制收回成功；

步骤7）管控中心在强制收回资源后，通过向信关站发送动态资源申请应答消息将资源分配下发；

步骤8）信关站收到动态资源申请应答消息，立即关闭资源申请应答定时器，并将下发的资源分配给特保任务用户；

步骤9）特保任务用户业务建立；

步骤10）当特保任务执行完毕后，特保任务用户业务结束，信关站向管控中心发起资源释放请求流程，完成资源释放与回收。

6.根据权利要求1所述的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，其特征在于，管控中心通过资源留存方式为高服务级别用户留存一定数量的信道资源，具体步骤如下：

步骤1）当系统需要向某用户群高优先级用户提供服务时，为了保证用户体验，管控中心开启实时资源留存策略；

步骤2）根据该高优先级用户的优先级级别设置优先级门限与留存资源百分比门限；

步骤3）当管控中心接收到资源请求时，判断当前已分配的实时资源是否已达设置的留存百分比门限，如果没有达到门限，则正常分配资源；如果已达门限，则进一步判断该用户的优先级；

步骤4）根据预设的优先级门限，若该用户优先级高于设置门限，则分配资源；若该用户优先级低于设置门限，则拒绝分配资源。