CN118175550A - 基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法，将各个固定波束按照各自覆盖面积，均匀划分为四个不同频段的区域；接收用户终端的接入请求；根据所述接入请求中的位置信息进行区域带宽资源匹配，并将匹配区域的第一业务频段预分配给用户终端；判断第一业务频段是否为基于历史接入信息预测的拥塞频段；若非拥塞频段，则将第一业务频段对应的第一反馈信息发送至用户终端；若是拥塞频段，则为所述用户终端动态分配固定波束内预测流量空闲区域的第二业务频段，并将第二业务频段对应的第二反馈信息发送至用户终端。如此，本发明能够抑制多波束卫星扩频通信系统用户间的同频干扰，降低系统内生干扰，增加系统的通信容量。

Description

基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法。

背景技术

在多波束卫星扩频通信系统中，多个波束采用相同的频率为波束内目标用户提供服务，即会造成同频干扰。频率复用技术是抑制系统同频干扰一种有效干扰协调方式，该技术可以使相邻波束间的干扰信号源距离尽可能远，从而抑制相邻波束的干扰，达到改善传输质量，提高通信容量的效果。在固定波束的扩频通信系统中，如果将不同的频段分配给不同波束，可以减少同频干扰，但同时会减少每个波束的可用频段，因此，系统的每个波束将占用全部的频谱带宽资源。

部分频率复用技术可以有效抑制全频复用时产生的同频干扰，旨在将小区分割为多个区域，在小区内部分配子载波带宽，该技术在地面蜂窝系统中已经取得广泛的应用与研究。在采用部分频率复用的多波束卫星通信系统中，影响同频干扰的系统特性主要包括波束布局、分配方案以及动态调度。波束布局广义来说是指不同波束如何放置以覆盖所需区域，是由多波束天线设计决定，然而在固定波束中，可以通过双向通信连接根据位置信息将波束分割为不同区域，此特性为波束布局；第二个特性是指更多的频率分配方法，每种不同的分配方案可以为区域定义相应的频段资源，包括分配粒度与复用因子等；此外，是针对每个区域的动态调度，其目标是在用户非均匀分布时的动态管理，通常情况会考虑比例公平性。

然而，现有技术并未提供能够很好解决波束内同频干扰抑制的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法，用于抑制多波束卫星扩频通信系统用户间的同频干扰，通过动态管理与分配系统的有限带宽资源，降低系统内生干扰，以增加系统的通信容量。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法，包括步骤：

将各个固定波束按照各自覆盖面积，均匀划分为四个不同频段的区域；

接收用户终端的接入请求；

根据所述接入请求中的位置信息进行区域带宽资源匹配，并将匹配区域的第一业务频段预分配给所述用户终端；

判断预分配的所述第一业务频段是否为基于历史接入信息预测的拥塞频段；其中，所述历史接入信息为所述固定波束过往用户申请接入的历史记录；

若非所述拥塞频段，则将所述第一业务频段对应的第一反馈信息发送至所述用户终端；

若是所述拥塞频段，则为所述用户终端动态分配所述固定波束内预测流量空闲区域的第二业务频段，并将所述第二业务频段对应的第二反馈信息发送至所述用户终端。

可选的，所述判断预分配的所述第一业务频段是否为基于历史接入信息预测的拥塞频段的步骤之前，还包括：

根据所述固定波束的所述历史接入信息，对所述固定波束的各个频段内的预申请用户量进行预测，获得预测结果；

所述判断预分配的所述第一业务频段是否为基于历史接入信息预测的拥塞频段的步骤包括：

根据所述预测结果，确定所述第一业务频段是否为拥塞频段。

可选的，所述若是所述拥塞频段，则为所述用户终端动态分配所述固定波束内预测流量空闲区域的第二业务频段的步骤包括：

若确定所述第一业务频段为拥塞频段，则根据所述预测结果确定预测流量空闲的目标区域，并为所述用户终端分配所述目标区域对应的第二业务频段。

可选的，所述第一反馈信息或所述第二反馈信息包括有频段分配的频段信息和确认信息。

可选的，所述接收用户终端的接入请求的步骤之前，还包括：

通过用户终端对卫星的下行广播信道进行测量，以获取用于发送接入请求的相关参数信息；

所述接收用户终端的接入请求的步骤包括：

获取用户终端基于所述相关参数信息中的接入协议发送的接入请求；其中，所述接入请求包括用户终端的标识类型、位置信息、消息类型以及资源请求。

可选的，所述将各个固定波束按照各自覆盖面积，均匀划分为四个不同频段的区域的步骤包括：

将各个固定波束按照各自覆盖面积，划分出面积相同的四个区域；

分别为四个所述区域配置不同的频段资源。

可选的，每一所述固定波束的四个所述区域的频段分别占总带宽的四分之一。

可选的，所述根据所述接入请求中的位置信息进行区域带宽资源匹配，并将匹配区域的第一业务频段预分配给所述用户终端的步骤包括：

根据所述接入请求中的位置信息，确定匹配的相关区域频段资源；

根据接入请求中的用户需求，从匹配的所述相关区域频段资源中确定第一业务频段，并将所述第一业务频段预分配给所述用户终端。

本发明所述基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法，提供了静态资源分配与动态资源管理两个阶段的同频干扰抑制技术手段，在静态资源分配阶段，通过规划每个波束静态分频频段的区域范围，根据多波束卫星双向通信提供的地理位置信息，为目标用户提供初始频段资源；在动态资源管理阶段，在频段资源分配的基础上，完成基于流量预测历史信息的动态调整，将对各区域的历史接入信息作无偏估计，当用户提出接入请求时，根据估计结果，为其动态调整至合适的频段资源。本申请所提供的方法可以在固定波束系统中，为用户进行一定程度的区域隔离，达到同频干扰抑制效果，提升同时接入用户数量的系统能力即通信容量，同时保证资源利用率。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的所述基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法的步骤流程图；

图2为多波束卫星扩频通信双向接入场景示意图；

图3为本发明一实施例提供的所述基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法的均分四色复用多波束干扰模型示意图；

图4为本发明一实施例提供的所述基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法的所述用户终端与卫星的双向通信接入流程图；

图5为本发明一实施例提供的所述基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法的一种用户分组接入动态调度方案的示例图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的，本说明书中针对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用，指的是描述的该实施例可包括特定的特征、结构或特性，但是不是每个实施例必须包含这些特定特征、结构或特性。此外，这样的表述并非指的是同一个实施例。进一步，在结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，不管有没有明确的描述，已经表明将这样的特征、结构或特性结合到其它实施例中是在本领域技术人员的知识范围内的。

此外，在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件或部件，所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可以用不同的名词或术语来称呼同一个组件或部件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分组件或部件的方式，而是以组件或部件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求书中所提及的“包括”和“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“连接”一词在此系包含任何直接及间接的电性连接手段。间接的电性连接手段包括通过其它装置进行连接。

参见图2，在多波束卫星扩频通信双向接入场景中，各波束内分布一定数量的用户，共用相同的卫星带宽资源，用户与卫星之间可以进行双向的接入连接，进行一定信息的信令交互。接入流程由用户终端发起接入请求，卫星对请求进行处理后，如果允许用户接入，用户便可根据分配的资源进行业务传输。

通信容量受限是下一代多波束卫星扩频系统的一个弱点，同频干扰抑制是该系统的一个重点研究方向之一，部分频率复用技术适用于具有动态管理模式的多波束卫星系统双向链路。如已成熟应用的移动用户目标系统(Multi User Operating System，MUOS)卫星通信系统基于地面第三代商业移动蜂窝网标准宽带码分多址(Wideband Code DivisionMultiple Access，WCDMA)体制，每个波束可以充分利用特高频(Ultra High Frequency，UHF)20MHz带宽，并将其分为四个5MHz带宽供每个信道提供通信服务。在该背景下，本发明将结合已成熟的部分频率复用技术，针对多波束卫星扩频通信系统波束间同频干扰严重的问题，利用多波束的频域资源动态管理，提出一种基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法，将每个波束划分为可供分配的四个频段带宽，以此抑制具有相同时频资源的不同波束用户之间同频干扰现象，提升通信系统容量。

图1示出本发明一实施例提供的基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法，本发明应用于多波束卫星扩频通信系统，每个波束共用总带宽资源；包括步骤如下：

S101：将各个固定波束按照各自覆盖面积，均匀划分为四个不同频段的区域。即每一固定波束按照各自所覆盖的辐射面积均匀划分出四个区域，四个区域彼此之间具有不同频段。不同的固定波束之间的覆盖面积既可以是彼此隔离，也可以是部分面积重叠。本实施例优选各个固定波束之间的覆盖面积彼此隔离，所划分的四个区域也是彼此隔离。

具体的，步骤S101包括：将各个固定波束按照各自覆盖面积，划分出面积相同的四个区域；分别为四个所述区域配置不同的频段资源。本实施例优选每一所述固定波束的四个所述区域的频段分别占总带宽的四分之一。

参见图3，本实施例的卫星通信信息为固定点波束，每个波束存在四个相同大小的频率资源块以供分配与调度，即待分配频率资源块相对平均，因此将每个固定波束按其覆盖面积，均匀分为四个区域，图示中的每个蜂窝格代表一个固定点波束的覆盖面积，这个固定点波束的覆盖面积被均等分成四个相同大小的区域，并明确每个区域具有不同的频段资源，作为初始的频段静态分配区域，可以为用户进行初始的频率隔离，有效降低波束间同频干扰。

S102：接收用户终端的接入请求。所述用户终端包括但不限于用户手持终端、车载移动终端等产品。

在一中实施方式中，步骤S102之前，还包括：通过用户终端对卫星的下行广播信道进行测量，以获取用于发送接入请求的相关参数信息；步骤S102包括：获取用户终端基于所述相关参数信息中的接入协议发送的接入请求；其中，所述接入请求包括用户终端的标识类型、位置信息、消息类型以及资源请求。具体实施时，如图3所示，用户终端发起接入请求，首先对卫星的下行广播信道进行测量，获取发送接入请求时需要的相关参数信息；再根据相关参数信息中的接入协议发送接入请求，包含用户的标识类型、位置信息、消息类型、资源请求等；卫星系统根据用户的位置信息为其匹配相应区域的频段资源，并根据用户的需求反馈分配的信息；用户接收到卫星发送的反馈响应，根据收到的信息进行接入操作，上传数据。

S103：根据所述接入请求中的位置信息进行区域带宽资源匹配，并将匹配区域的第一业务频段预分配给用户终端。即在步骤S101～S103的静态资源分配阶段，波束内目标用户在接入请求中上报位置信息，卫星按接入请求中的位置信息匹配区域带宽资源，并将相应频段分配给用户进行业务接入。该初始的静态资源分配阶段能够为用户进行初始的频率隔离，降低波束间通信的干扰。

在一可选的实施方式中，步骤S103包括：根据所述接入请求中的位置信息，确定匹配的相关区域频段资源；根据接入请求中的用户需求，从匹配的所述相关区域频段资源中确定第一业务频段，并将第一业务频段预分配给用户终端。

在接收到用户终端的接入请求后，根据其信令中的位置信息进行区域带宽资源匹配，具体是指依据位置信息匹配相关区域的至少一波束，所匹配到的波束内的各个所述区域的带宽资源均可用于分配给用户终端；进一步依据用户的需求，选择对应区域的第一业务频段预分配给用户终端。

S104：判断预分配的所述第一业务频段是否为基于历史接入信息预测的拥塞频段；其中，历史接入信息为所述固定波束过往用户申请接入的历史记录。即进一步将预分配的第一业务频段判断是否属于拥塞频段，所述拥塞频段则基于所述固定波束过往用户申请接入的历史记录进行预测，从而根据预测结果来确定是否属于拥塞频段。

若从步骤S104确定该第一业务频段不属于拥塞频段，则进入步骤S105；反之，则进入步骤S106。

S105：若非所述拥塞频段，则将所述第一业务频段对应的第一反馈信息发送至所述用户终端。第一反馈信息包括有频段分配的频段信息和确认信息，即第一业务频段的频段信息和确认信息；用户终端在接收到所述第一反馈信息后，即可根据收到的反馈信息进行下一步的操作，直到接入的流程完成，可以开始上传数据，进行双向通信业务。

S106：若是所述拥塞频段，则为用户终端动态分配所述固定波束内预测流量空闲区域的第二业务频段，并将第二业务频段对应的第二反馈信息发送至用户终端。即此时通过将其他区域流量空闲的业务频段反馈给目标用户，以进行双向通信业务。第二反馈信息包括有频段分配的频段信息和确认信息，即第二业务频段的频段信息和确认信息；在确定第一业务频段属于拥塞频段时，则进一步为用户终端分配当前波束所预测的流量空闲区域的第二业务频段，并反馈给用户终端；用户终端在接收到反馈响应后，根据反馈信息执行后续接入第二业务频段的接入流程，进行双向通信业务。

当然，在其他实施例中，动态分配方案还可以是将当前拥塞频段中的其他用户调度给其他空闲流量的区域。

在一可选的实施方式中，步骤S104之前，还包括：根据固定波束的历史接入信息，对所述固定波束的各个频段内的预申请用户量进行预测，获得预测结果；所述步骤S104包括：根据所述预测结果，确定第一业务频段是否为拥塞频段。在分析数据时，当统计的信息足够多时，对流量预测的估计为无偏估计。假设某一段时间内，申请接入的用户数量变化是有规律的、缓慢的过程，统计次数越多估计越准。本实施例通过已有的数据预测未来数据时，用户接入模型一般具有较明显的相关性，从而可以对流量进行无偏估计。

在具备一定的预测值情况下，用户将进行分组接入动态调度。

进一步的，步骤S106包括：若确定第一业务频段为拥塞频段，则根据所述预测结果确定预测流量空闲的目标区域，并为所述用户终端分配目标区域对应的第二业务频段。

在扩频通信系统中，对目标区域内的用户，其他占用相同频段资源的区域均为干扰区域。上行接收信号中包含有参考用户信号，以及不同区域中的用户干扰信号。此时目标的传输质量可以由每比特能量与干扰噪声频谱密度的比值E_b/N₀表示为：

其中，B表示通道带宽，R表示单个用户的传输速率，C表示接收载波能量，I表示所有的同频干扰能量，η表示噪声能量。系统的用户失效概率表示为质量小于所设门限的概率：

根据干扰区域面积积分对干扰能量建模计算，建立失效概率与用户数目的联系，从而分析一定失效概率下，当用户均匀分布时的系统容量。

在系统初始分配方案后，当用户并非理想的均匀分布时，将出现部分区域资源拥塞而导致资源分配不足，系统容量下降的情况。因此，需针对实际用户分布与区域流量动态管理接入频率资源块。为了保证卫星服务用户在每一个频率资源块尽可能多，用户分组流量预测为参考过往用户申请接入的历史记录，对当前频段内可能申请的用户数量进行预测，根据预测结果来调整有接入需求的用户终端频段分配，使卫星系统保持最大的成功接入量。

在具备一定的预测值情况下，进入步骤S106的用户将进行分组接入动态调度，调度方案示意如图5所示，根据预测结果，当频段1资源块和频段3资源块将具有较多用户接入而导致干扰增加，此时将用户4和用户6分别调度至频段2资源块和频段4资源块中，再进行业务交互。如此，本实施例利用可用的频率资源，通过动态管理与调度的方式对干扰进行一定程度的抑制；并基于波束内均分四色复用方案，在初始接入调度阶段为用户进行了初始的频率隔离，降低波束间通信的干扰，同时对用户接入申请的历史记录进行分组流量统计，动态调度用户接入频段，降低扩频通信系统的同频干扰，从而增加系统容量。

综上所述，本发明所述基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法，结合了静态资源分配与动态资源管理两个阶段的同频干扰抑制方式，在静态资源分配阶段，通过规划每个波束静态分频频段的区域范围，根据多波束卫星双向通信提供的地理位置信息，为目标用户提供初始频段资源；在动态资源管理阶段，在频段资源分配的基础上，完成基于流量预测历史信息的动态调整，将对各区域的历史接入信息作无偏估计，当用户提出接入请求时，根据估计结果，为其动态调整至合适的频段资源。本申请所提供的方法可以在固定波束系统中，为用户进行一定程度的区域隔离，达到同频干扰抑制效果，提升同时接入用户数量的系统能力即通信容量，同时保证资源利用率。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法，其特征在于，包括步骤：

将各个固定波束按照各自覆盖面积，均匀划分为四个不同频段的区域；

接收用户终端的接入请求；

根据所述接入请求中的位置信息进行区域带宽资源匹配，并将匹配区域的第一业务频段预分配给所述用户终端；

判断预分配的所述第一业务频段是否为基于历史接入信息预测的拥塞频段；其中，所述历史接入信息为所述固定波束过往用户申请接入的历史记录；

若非所述拥塞频段，则将所述第一业务频段对应的第一反馈信息发送至所述用户终端；

若是所述拥塞频段，则为所述用户终端动态分配所述固定波束内预测流量空闲区域的第二业务频段，并将所述第二业务频段对应的第二反馈信息发送至所述用户终端。

2.根据权利要求1所述的基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法，其特征在于，所述判断预分配的所述第一业务频段是否为基于历史接入信息预测的拥塞频段的步骤之前，还包括：

根据所述固定波束的所述历史接入信息，对所述固定波束的各个频段内的预申请用户量进行预测，获得预测结果；

所述判断预分配的所述第一业务频段是否为基于历史接入信息预测的拥塞频段的步骤包括：

根据所述预测结果，确定所述第一业务频段是否为拥塞频段。

3.根据权利要求2所述的基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法，其特征在于，所述若是所述拥塞频段，则为所述用户终端动态分配所述固定波束内预测流量空闲区域的第二业务频段的步骤包括：

若确定所述第一业务频段为拥塞频段，则根据所述预测结果确定预测流量空闲的目标区域，并为所述用户终端分配所述目标区域对应的第二业务频段。

4.根据权利要求1所述的基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法，其特征在于，所述第一反馈信息或所述第二反馈信息包括有频段分配的频段信息和确认信息。

5.根据权利要求1所述的基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法，其特征在于，所述接收用户终端的接入请求的步骤之前，还包括：

通过用户终端对卫星的下行广播信道进行测量，以获取用于发送接入请求的相关参数信息；

所述接收用户终端的接入请求的步骤包括：

获取用户终端基于所述相关参数信息中的接入协议发送的接入请求；其中，所述接入请求包括用户终端的标识类型、位置信息、消息类型以及资源请求。

6.根据权利要求1所述的基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法，其特征在于，所述将各个固定波束按照各自覆盖面积，均匀划分为四个不同频段的区域的步骤包括：

将各个固定波束按照各自覆盖面积，划分出面积相同的四个区域；

分别为四个所述区域配置不同的频段资源。

7.根据权利要求6所述的基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法，其特征在于，每一所述固定波束的四个所述区域的频段分别占总带宽的四分之一。

8.根据权利要求1所述的基于波束内均分四色频率复用的同频干扰抑制方法，其特征在于，所述根据所述接入请求中的位置信息进行区域带宽资源匹配，并将匹配区域的第一业务频段预分配给所述用户终端的步骤包括：

根据所述接入请求中的位置信息，确定匹配的相关区域频段资源；

根据接入请求中的用户需求，从匹配的所述相关区域频段资源中确定第一业务频段，并将所述第一业务频段预分配给所述用户终端。