高通量多波束通信卫星系统资源分配方法

王磊，郑军，贺川，闫雪飞

1. 解放军32039部队，北京 102300 2. 北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094

1 引言

近年来，卫星通信在应急救灾、海事、航空、国防军事等诸多领域得到广泛应用，业务涵盖广播电视、移动通信、高速宽带接入等多种类型，市场潜力和应用价值愈加凸显。总体来看，全球卫星通信面临如下发展需求：1)容量需求快速增长；2)有效载荷柔性设计，支持在轨动态配置(如卫讯公司卫星ViaSat-2、ViaSat-3多波束卫星均已配置柔性载荷)；3)对系统资源管理高效灵活性要求更高。这些需求极大地推动了高通量通信卫星系统的发展与技术进步，通过数字载荷、高阶编码调制、多波束天线等新技术的应用，单星通信容量从10 Gbit/s(第1代高通量卫星)增长到数百Gbit/s(第2代高通量卫星)，波束数量从几个增加到几十个，预计下一代高通量通信卫星容量将突破1 000 Gbit/s，单星波束规模达上百个[1-3]。

多波束及载荷柔性化设计虽然可以有效提升通信卫星系统容量和资源使用效能[1,4]，但同时会引入大量待定参数，传统通信卫星资源分配所采用的静态、人工调配方式已不能满足新一代高通量多波束通信卫星资源管理需求。具体来说，在进行资源分配时，系统需要基于业务时空分布和信道状态，动态优化决策波束功率、波束带宽，波束中心指向、波束赋形等诸多参量，资源自由维度的拓展以及可调参数规模增大使得该类系统资源分配问题的复杂度显著提高[5]。因此，对于新一代高通量多波束通信卫星系统，需要研究在柔性载荷约束下，优化用户服务质量(QoS)和用户体验(QoE)的高效资源分配方法，达到基于有限载荷资源提升系统效能的目标。……