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相控阵跳波束卫星上行链路多维资源分配建模与方法研究

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无线电通信技术 2025年第1期51卷 114-123页

作者：马宁武磊磊孙文宇孙晨华赵毅班亚明中国电科网络通信研究院河北石家庄050081 北京跟踪与通信技术研究所北京100094

在相控阵天线跳波束对大范围潜在区域进行捷变覆盖的问题中,当前资源分配方法仅针对单一资源分配优化达到局部最优并未有统筹考虑,从空域、频域、时域、调制编码域等多个维度全面建立了相控阵跳波束下的资源联合分配优化模型,给出了一... 详细信息

在相控阵天线跳波束对大范围潜在区域进行捷变覆盖的问题中,当前资源分配方法仅针对单一资源分配优化达到局部最优并未有统筹考虑,从空域、频域、时域、调制编码域等多个维度全面建立了相控阵跳波束下的资源联合分配优化模型,给出了一种基于遗传算法和动态规划的模型求解方法。仿真结果表明,考虑了多维资源进行联合分配的方法,可有效降低卫星通信网络中各终端的缓存队列长度,从而提高用户服务质量(Quality of Service,QoS)及网络吞吐量。

关键词：卫星通信相控阵天线跳波束多维资源分配遗传算法动态规划

基于非稳态MAB的LEO卫星跳波束时隙分配算法

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通信学报 2023年第8期44卷 134-143页

作者：林敏阚鹏程赵柏程铭杨绿溪南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003 东南大学信息科学与工程学院江苏南京211189

针对低地球轨道(LEO)卫星系统中的跳波束资源分配算法不能适应小区业务动态变化等问题,提出了一种基于非稳态多臂赌博机(MAB)的LEO卫星跳波束时隙分配算法。首先,以系统二阶差分容量最小化为优化目标,建立了时隙分配和波束等级匹配的联... 详细信息

针对低地球轨道(LEO)卫星系统中的跳波束资源分配算法不能适应小区业务动态变化等问题,提出了一种基于非稳态多臂赌博机(MAB)的LEO卫星跳波束时隙分配算法。首先,以系统二阶差分容量最小化为优化目标,建立了时隙分配和波束等级匹配的联合优化问题。其次,由于该问题非凸且难以直接求解,基于有效小区和有效关键小区的概念提出波束等级组合方案生成算法,从而生成所有可能的波束等级组合方案。接下来,提出了基于非稳态MAB模型的动态时隙分配方案,在最优波束等级组合方案下完成时隙分配与波束等级匹配的联合优化。最后,计算机仿真结果表明,所提算法在多种小区业务分布的情况下,系统平均冗余度均不超过20%;相比于其他对比方案,所提算法在保持较高的系统吞吐量的同时,还可以将波束平均重访时间控制在300 ms左右。

关键词：低地球轨道跳波束分等级波束非稳态多臂赌博机

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基于迁移深度强化学习的低轨卫星跳波束资源分配方案

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电子与信息学报 2023年第2期45卷 407-417页

作者：陈前斌麻世庆段瑞吉唐伦梁承超重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065

针对低轨(LEO)卫星场景下,传统资源分配方案容易造成特定小区资源分配无法满足需求的问题,该文提出一种基于迁移深度强化学习(TDRL)的低轨卫星跳波束资源分配方案。首先,该方案联合星上缓冲信息、业务到达情况和信道状态,以最小化卫星... 详细信息

针对低轨(LEO)卫星场景下,传统资源分配方案容易造成特定小区资源分配无法满足需求的问题,该文提出一种基于迁移深度强化学习(TDRL)的低轨卫星跳波束资源分配方案。首先,该方案联合星上缓冲信息、业务到达情况和信道状态,以最小化卫星上数据包平均时延为目标,建立支持跳波束技术的低轨卫星资源分配优化模型。其次,针对低轨卫星网络的动态多变性,该文考虑动态随机变化的通信资源和通信需求,采用深度Q网络(DQN)算法利用神经网络作为非线性近似函数。进一步,为实现并加速深度强化学习(DRL)算法在其他目标任务中的收敛过程,该文引入迁移学习(TL)概念,利用源卫星学习的调度任务快速寻找目标卫星的波束调度和功率分配策略。仿真结果表明,该文所提出的算法能够优化卫星服务过程中的时隙分配,减少数据包的平均传输时延,并有效提高系统的吞吐量和资源利用效率。

关键词：低轨卫星网络跳波束资源分配深度强化学习迁移学习

面向能效的低轨卫星联合跳波束调度和功率分配算法

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电子与信息学报 2023年第2期45卷 436-445页

作者：梁承超段瑞吉麻世庆唐伦陈前斌重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065

该文针对低轨(LEO)卫星载荷容量受限且功率资源稀缺的问题,面向搭载跳波束(BH)天线的低轨卫星通信系统,提出一种联合跳波束调度和功率分配机制,在满足用户服务质量需求的前提下降低卫星通信载荷功耗,提高卫星通信系统能效。首先建立时... 详细信息

该文针对低轨(LEO)卫星载荷容量受限且功率资源稀缺的问题,面向搭载跳波束(BH)天线的低轨卫星通信系统,提出一种联合跳波束调度和功率分配机制,在满足用户服务质量需求的前提下降低卫星通信载荷功耗,提高卫星通信系统能效。首先建立时延受限下联合考虑波束调度和功率分配的卫星功耗最小化模型。针对网络拓扑的时变特性,基于李雅普诺夫优化方法,将原多时隙优化问题转化为单时隙优化问题,然后采用交替优化的方法获得单时隙问题的次优解。其中,证明波束调度子问题是凸问题,同时通过逐次凸近似和对数变换将功率分配子问题转为凸问题,并提出相应算法获得子问题最优解。仿真结果表明,提出的策略在保证用户平均时延要求的同时,降低了低轨卫星系统平均功耗,并且可通过调整控制参数实现时延和功耗的动态平衡。

关键词：低轨卫星能效跳波束功率分配李雅普诺夫优化方法

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基于跳波束的新一代高通量卫星通信系统设计

通信学报 2020年第7期41卷 59-72页

作者：张晨张更新王显煜南京邮电大学通信与网络技术国家工程研究中心江苏南京210003 南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003 西安空间无线电技术研究所陕西西安710100

跳波束技术为卫星资源的灵活分配和高效利用提供了实现基础,被认为是新一代高通量卫星的关键技术。以业务驱动、资源高效利用、随需覆盖为目标,从系统架构、通信体制、工作机理、资源分配和波束跳变图案设计、用户接入策略、空口协议设... 详细信息

跳波束技术为卫星资源的灵活分配和高效利用提供了实现基础,被认为是新一代高通量卫星的关键技术。以业务驱动、资源高效利用、随需覆盖为目标,从系统架构、通信体制、工作机理、资源分配和波束跳变图案设计、用户接入策略、空口协议设计和系统工作流程等维度,自顶向下为基于跳波束的高通量卫星通信系统设计提供可行性方案、奠定技术基础,可以满足天地一体化信息网络灵活机动的信息服务,以及高可靠、大容量传输的天基骨干网需求。

关键词：高通量卫星天地一体化信息网络跳波束系统设计

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一种新的基于跳波束的军事通信方式

兵工学报 2004年第1期25卷 41-45页

作者：胡宏林尚政朱近康中国科学技术大学个人通信与扩频实验室安徽合肥230027

数字波束形成 (DBF)技术大大地提高了军事通信系统的性能 ,然而 ,如果在通信波束的方向上受到强方向性干扰 ,这种干扰将严重地影响通信的质量。为此 ,本文提出了一种新的基于跳波束(BH)的军事通信方式。平均信干噪声比 (SINR)性能的分... 详细信息

数字波束形成 (DBF)技术大大地提高了军事通信系统的性能 ,然而 ,如果在通信波束的方向上受到强方向性干扰 ,这种干扰将严重地影响通信的质量。为此 ,本文提出了一种新的基于跳波束(BH)的军事通信方式。平均信干噪声比 (SINR)性能的分析结果表明 ,相比传统的单波束 (SB)与多波束 (MB)通信方式 ,这种新的跳波束通信方式能够在充分地利用通信双方的波束方向性增益的同时 ,有效地对抗强方向性干扰 ,并具有一定的抗截获能力。

关键词：数字波束形成 DBF 军事通信跳波束干扰抗截获

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基于分簇的全带宽跳波束图案优化方法

计算机工程 2020年第4期46卷 169-176页

作者：王亚昕边东明胡婧唐璟宇王闯陆军工程大学通信工程学院南京210007

为解决全带宽跳波束卫星通信系统中的干扰问题,提出一种基于波束分簇的跳波束图案优化方法.以各波束请求量占系统可提供资源的比例为时隙分配依据,在满足相对公平的前提下提高系统总容量,推算距离门限值,当波束间距离大于该门限时,干扰... 详细信息

为解决全带宽跳波束卫星通信系统中的干扰问题,提出一种基于波束分簇的跳波束图案优化方法.以各波束请求量占系统可提供资源的比例为时隙分配依据,在满足相对公平的前提下提高系统总容量,推算距离门限值,当波束间距离大于该门限时,干扰对于信号质量的影响可忽略不计,从而达到规避干扰的目的.仿真结果表明,与传统多波束系统相比,该资源分配方法可使系统容量提升24.6%,消除系统干扰对信号质量的影响,改善跳波束图案的时隙连续性.

关键词：卫星通信系统跳波束波束分簇波束间干扰资源分配

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强方向性干扰下跳波束通信方式的性能分析

通信学报 2003年第9期24卷 147-152页

作者：胡宏林郭凯朱近康中国科学技术大学个人通信与扩频实验室安徽合肥230027

通信波束的方向上出现的强方向性干扰将严重地影响无线通信的质量,本文针对这一问题,提出了一种新的跳波束的通信方式。对其平均信干噪声比性能的分析结果表明,这种新的跳波束通信方式能够有效地对抗方向性干扰。

关键词：跳波束干扰信干噪声比

跳波束低轨卫星系统波位划分与资源分配算法研究

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跳波束低轨卫星系统波位划分与资源分配算法研究

作者：刘文昊北京邮电大学

学位级别：硕士

5G时代的来临推动了工业互联网、移动互联网和物联网的发展,接入用户数目不断增长,无论是网络通信容量还是用户通信速率较上一代通信系统都有明显的提升。然而,地面通信系统覆盖地球表面的面积不足10%,在载人航天、公海探测、陆地偏远... 详细信息

5G时代的来临推动了工业互联网、移动互联网和物联网的发展,接入用户数目不断增长,无论是网络通信容量还是用户通信速率较上一代通信系统都有明显的提升。然而,地面通信系统覆盖地球表面的面积不足10%,在载人航天、公海探测、陆地偏远地区等无陆地无线通信系统覆盖的区域,卫星通信系统起到了关键作用,能够为这些区域的用户提供随遇接入、按需服务的能力。此外,卫星网络能够实现全球立体覆盖,可以作为地面网络的补充以缓解流量压力。当前全球低轨卫星星座系统正在迅速发展,低轨卫星体积小、重量轻的特性导致了星上资源受限,卫星星座移动速度快使得卫星服务范围变化快,信道环境错综复杂。此外,不同地区的用户分布与业务需求相距甚远,这也为低轨卫星服务带来挑战。在有限的星载资源条件下跳波束技术可以有效改善传统固定多波束技术带来的资源浪费、热点区域用户无法满足服务需求等问题,从而最大化资源利用率。本文主要工作针对跳波束低轨卫星系统体系,研究了波位划分与资源分配问题。论文主要工作分为:一、跳波束低轨卫星仿真平台搭建。基于OPNET网络仿真软件搭建了可以模拟低轨卫星系统的高动态性、并能仿真实现跳波束方案的仿真平台。基于该平台,研究了宽波束与点波束动态结合的跳波束接入模型和卫星覆盖小区模型等,设计实现了跳波束低轨卫星仿真系统的主要功能节点和流程,并对其主要功能和性能进行了验证。二、跳波束下的低轨卫星系统业务波位划分策略研究。针对跳波束方案下卫星业务波束在地面的服务区域(业务波位)相较于传统多波束方案下的地面固定蜂窝小区更具灵活性,将低轨卫星业务波位的划分问题归纳为多目标选址问题,即P-中心问题,基于P-中心问题分别提出了一种基于波位半径确定和一种波位半径动态变化下的业务波位划分算法,并通过遗传算法进行求解。实验表明这两种算法都能在保证卫星吞吐量的前提下,有效降低低轨卫星中下行链路的数据包排队时延,提高了用户的通信服务体验。三、跳波束低轨卫星系统资源分配方案研究。低轨卫星在跳波束工作方式下,针对跳波束周期内分配给各业务波位的时隙资源提出了基于多目标的时隙资源分配方案,基于波束资源提出了“预分配+最高簇优先”算法,面向频率、功率与波束等资源间相互关联约束的特性制定资源联合分配方案。相比于传统多波束轮询分配方案,跳波束方案在卫星资源受限、地面用户分布不均匀以及业务请求量大于卫星负荷的场景中,吞吐性能和时延性能均要优于前者,验证了跳波束方案更适用于实际低轨卫星场景。

关键词：低轨卫星系统跳波束 OPNET 波位划分资源分配