(19)国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202210726378.4
(22)申请日 2022.06.23
(71)申请人 北京鹏鹄物宇科技发展有限公司
地址 100043 北京市石景山区实兴大街30
号院
(72)发明人 许海涛 李源 徐佳康 杨仁金
(74)专利代理机构 成都方圆聿联专利代理事务
所(普通合伙) 51241
专利代理师
(51)Int.Cl.
H04W 16/10(2009.01)
H04W 16/22(2009.01)
H04B 7/185(2006.01)
(54)发明名称
法
(57)摘要
本发明提供星地一体化系统网络架构及其
资源分配方法，包括用户部分、控制部分以及空
间部分；用户部分是指各类终端，包括固定或移
动的地面、移动终端等；控制部分包括网关、
卫星控制中心、核心网以及控制器，负责管
理卫星网络，让卫星网络和其他网络之间实现互
联；空间部分主要指分布于不同高度的轨道卫
星，负责信号转发。星地一体化网络的资源分配
方法，包括以下步骤：构建资源分配模型；优化问
题转化；迭代更新变量；输出最优解。本发明建立
数学优化的资源分配模型，引入干扰的电平
作为限制，提出了集中式迭代的方法来解决资源
分配问题，引入拉格朗日对偶理论，通过求解对
偶问题的最优解来解决资源分配的局部最优问
题。权利要求书3页 说明书6页 附图2页CN 115119211 A 2022.09.27
C N 115119211
A
1.星地一体化系统网络架构，其特征在于，包括三部分，分别是用户部分、控制部分以及空间部分；
用户部分是指各类终端，包括固定或移动的地面、移动终端；
控制部分包括网关、卫星控制中心、核心网以及控制器，负责管理卫星网络，让卫星网络和其他网络之间实现互联；
空间部分主要指分布于不同高度的轨道卫星，负责信号转发。
2.星地一体化网络的资源分配方法，其特征在于，用于权利要求1所述的星地一体化系统网络架构，包括以下步骤：
步骤101，构建资源分配模型；
步骤102，优化问题转化；
步骤103，
迭代更新变量；步骤104，输出最优解。
3.根据权利要求2所述的星地一体化网络的资源分配方法，其特征在于，步骤101，构建资源分配模型，具体包括以下过程：
假设所有总需求超过系统提供的最大容量，为了尽可能满足各个的通信需求，资源分配的数学优化模型表示为：
其中N代表卫星用户数量，T i 表示覆盖范围内总的业务需求量，卫星分配给的容量用C i 表示，系统总功率为P total ，K表示系统数量，P＝P total /K即各平分系统总功率资源。
4.根据权利要求3所述的星地一体化网络的资源分配方法，其特征在于，步骤102，优化问题转化，具体包括以下过程：
引入非负的乘子λ，得到该优化问题的拉格朗日函数：
其中a k ,i ∈{0,1}表示是否分配给k的用户i资源，p k ,i 为k给用户i传输的功率，C k ,i 表示k分配给用户i的信道容量，λ、μ为拉格朗日乘数向量，P th 是干扰电平，εk 和
εe 是正态分布方差；
在假设场景下，公式(2)忽略；对于凸优化问题来说，对偶间隙为零，即两问题的最优解是一样的，局部最优解也就是全局最优解；因此要证明该优化问题是凸的，只需要证明公式
(5)是凸函数即可；
h(W i )＝(T i ‑C i )2 (5)
对h(W i )关于W i 求二阶导得到以下公式：
其中，
由公式(8)知结合公式(7)推出故对偶问题的最优解表示为：
5.根据权利要求4所述的星地一体化网络的资源分配方法，其特征在于，步骤103，迭代更新变量，具体包括以下过程：
1)基于K K T 条件更新功率分配，由公式(10)得到近似解P i *，从而得到最优解
2)功率每一次的更新都依赖于对偶变量的更新，按照公式(11)、(12)、(13)对对偶变量进行迭代更新；
s k,i ＝a
k,i
p
k,i
,t
k
＝(ε
k
+ε
e
)|h
ke
|2 (13)
其中，j代表迭代次数，β(j)为迭代步长，[x]+＝max{0,x}。
星地一体化系统网络架构及其资源分配方法技术领域
[0001]本发明涉及星地通信领域，涉及资源分配方法，具体地涉及星地一体化系统网络架构及其资源分配方法。
背景技术
[0002]在信息化时代，卫星通信已经成为不可或缺的通信方式。卫星通信的主要优势在于其特有的广域覆盖能力以及抗自然灾害能力。但卫星中继通信依赖于转发器来实现，卫星与地面终端之间传输距离很大，信号的路径损耗大，且易受建筑物及山脉等的影响，遭受
干扰。而地面无线通信网络通信容量大、质量好，网络时延低，技术发展成熟，
可以有效覆盖人口密集地区，能够作为卫星通信的必要补充。卫星通信则可以有效解决地面通信在偏远农村地区覆盖不彻底，在城市环境面临严重的噪声和干扰的问题，从而实现两网络的优势互补。随着卫星通信技术的日益成熟以及地面互联网技术的不断发展，下一代因特网技术发展的必然趋势是演化成空天地一体化的综合信息网络。
[0003]星地一体化网络将地面网络与卫星网络进行有机的融合，它的通信目标可以简单的概括为：任何人(Anyone)能够在任何地点(Anywhere)、任何时刻(Anytime)进行任何业务(Anything)的通信。在该系统中，起主导作用的是卫星网络运营商，地面通信网络只作为卫星网络的有效补并且受卫星网络控制中心(NetworkControlCenter，NCC)。卫星NCC应当制定合理高效的资源分配机制，在满足服务需求的条件下，最大化系统吞吐量。
[0004]在实际的通信过程中，一体化星地网络将会带来很多优势，比如增大系统的容量，提升资源利用效率，但也会面临很多挑战，特别是干扰问题。无线通信的快速发展，频谱需求日益迫切。由于频谱资源的匮乏，卫星通信以及地面蜂窝通信均采用频率复用技术，而且同一频段会在不同的网络进行复用，这对各种通信服务的成功部署发挥了巨大的作用。然而，同频网络以及网络中同频组件之中不可避免的会产生干扰。
地面网
发明内容
[0005]本发明要解决的问题是基于星地一体化系统的网络架构，研究合理有效的资源分配方法。本发明的目的是，针对星上信道资源有限，提出合理高效的利用信道资源的资源分配算法。
[0006]星地一体化系统网络架构，包括三部分，分别是用户部分、控制部分以及空间部分；
[0007]用户部分是指各类终端，包括固定或移动的地面、移动终端等；
[0008]控制部分包括网关、卫星控制中心、核心网以及控制器，负责管理卫星网络，让卫星网络和其他网络之间实现互联；
[0009]空间部分主要指分布于不同高度的轨道卫星，负责信号转发。
[0010]星地一体化网络的资源分配方法，用于所述的星地一体化系统网络架构，包括以下步骤：
说 明 书
1/6页CN 115119211 A
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