基于迁移深度强化学习的低轨卫星跳波束资源分配方案

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。     

基于非稳态MAB的LEO卫星跳波束时隙分配算法

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。     

考虑收发机损耗的多小区多用户下行链路波束成形算法

在现有收发机损耗模型基础上以最小化最差用户均方误差或者最小化用户均方误差之和为优化目标,设计一种考虑收发机残留损耗的多小区多用户下行链路波束成形算法。通过将优化问题转化成二阶锥规划的标准形式,并设计分层优化迭代算法来求解原始问题。数值仿真表明,相对于传统收发机的波束成形算法而言,所提算法将极大地减小收发机损耗对系统性能的影响,进而显著提高系统性能。     

基于带宽协调的多波束卫星同频组网技术

多波束卫星广泛采用三色/四色等传统频率复用方案，建立了多波束卫星系统模型，并将地面移动通信中的同频组网技术引入多波束卫星通信系统中，提出了一种基于带宽协调的频率复用技术。该技术将系统资源分配分为波束间资源分配和波束内资源分配，波束间资源基于部分频率复用方法进行分配，波束内资源采用均匀方式和基于注水算法2种方式进行分配。仿真结果表明，相比于传统复用技术，所提出的基于带宽协调的频率复用技术在系统总吞吐量性能方面有较大提升。     

一种卫星多波束中的波束选择构架及实现方法

为了以少量卫星载荷设备在广阔的服务区内提供高增益的通信链路,针对多波束通信卫星提出了一种星上收发波束选择的载荷构架及其实现方法.载荷构架分为波束分组与选择模块,实现方法则利用了收发无源设备的频率响应.通过控制前后端有源设备的混频本振,使上行接收波束和下行发射波束能够工作于多波束天线覆盖区内的任意位置.通过波束指向轮循,以低于波束数量的转发器实现了卫星在广大覆盖区内的高增益通信.分析结果表明,相比同样波束规模的多波束卫星,采用所提载荷架构的多波束卫星能够大幅降低载荷重量、功耗及热耗,提高转发器使用效率;相比同样承载规模的多波束卫星,能够大幅提高每个波束的传输性能及整星的吞吐量.     

通信感知一体化混合波束赋形技术

为解决无线通信与感知的性能日益强大而带来的频谱资源紧缺的问题，通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication, ISAC)技术逐渐开始受到重视。在目前最有发展潜力的毫米波(millimeter Wave, mmWave)多输入输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)混合波束赋形系统基础上，提出了一种通信感知一体化的波束赋形算法。使用均方误差(Mean Square Error, MSE)衡量该系统的通信和雷达的性能，通过引入权重因子将通信与雷达的性能指标综合考虑，得到通感一体化波束赋形系统的最优解。针对求解过程中的非凸优化问题，提出了基于坐标迭代的交替优化算法对问题进行求解。针对不同权重因子，对通信的频谱效率和雷达的波束方向图进行了仿真，仿真结果验证了所提方案可以实现通信感知一体化系统下通信与感知性能的折中。     

一种适于波束切换移动自组网的邻居发现改进算法

基于多波束切换的移动自组网系统在未来通信中具有广阔的应用前景,邻居发现是基于多波束切换的移动自组网系统的关键技术之一。现有基于多波束切换的移动自组网邻居发现算法在波束交叠情况下无法选择最优通信波束,为了解决基于多波束切换的移动自组网邻居发现过程中的最优通信波束选择问题,提出一种改进算法,在邻居发现过程中增加接收信号质量评估机制,增强网络的稳定性,提高网络吞吐量,并通过仿真验证了在波束交叠的情况下系统的累计平均接收电平优于传统方法。     

低轨星座的跳波束资源调度策略

跳波束技术作为一种高通量卫星资源分配方法,能够根据地面业务需求灵活配置星上资源,提高星上资源利用率。本文将跳波束技术应用到低轨星座场景中,针对用户业务先验未知和先验已知两种情况,考虑波束间的共信道干扰,基于迭代算法和凸优化制定了适用于低轨星座的两种跳波束资源调度策略。与传统策略对比,能达到更高的系统吞吐量,同时具有较好的时延性能,且适应用户业务的不均分布。     

基于两阶段帕累托优化的卫星下行链路功率分配方法

多波束卫星下行链路在实现高传输速率和低功耗之间相互制约,是影响多波束卫星系统通信性能的重要因素之一.本文提出两阶段多波束卫星下行链路多目标功率分配方法,建立多波束卫星下行链路功率分配模型,第一阶段采用凸优化算法实现下行链路传输速率的优化匹配,将传输速率匹配的解作为第二阶段启发式算法的初始解,得出的帕累托解可表示优化后的性能,为链路传输速率和功耗提供了平衡点.研究结果表明,在相同传输速率条件下,两阶段优化方法将链路功耗降低了17.6％,且收敛速度较快.     

多波束宽带卫星广播系统的自适应功率分配

随着互联网和宽带通信需求的不断增长,未来的多波束宽带卫星系统将主要工作在Ka频段或更高频段,在这些高频段下,时变的天气和降雨是影响系统性能的主要因素。针对这一问题,提出了基于公平性指标的启发式多波束动态功率分配方法,并采用了波束用户分群方法降低算法的计算复杂度,从而能实现系统性能和复杂性之间的交换。仿真结果表明,相比于传统的静态功率分配算法,提出的算法可以在雨衰环境下服务更多的用户,实现更高的功率效率;另一方面,算法也明显提高了系统资源分配的公平性。     

基于图神经网络的联合用户调度与波束成形优化算法

协作多点（Co MP）传输技术具有降低同频干扰和提高频谱效率的特点。对于Co MP,用户调度与波束成形是2个分别位于媒体访问接入层和物理层的基本研究问题。在考虑用户服务质量需求下,重点研究用户调度与波束成形的联合优化问题,并以网络吞吐量最大化为目标。为了克服传统优化算法计算开销大且未有效利用网络历史数据信息的问题,提出了一种基于图神经网络联合用户调度与功率分配模型,并结合波束向量的解析公式,以实现联合用户调度与波束成形优化。仿真分析表明,所提算法能够以较低的计算开销实现与传统优化算法相匹配,甚至更优的性能表现。     

OFDMA系统中多波束机会波束成形研究

机会波束成形（Opportunistic Beamforming,OBF）技术通过加大、加快信道的波动来提高多用户分集增益,将之使用在正交频分复用多址接入（OFDMA）系统中,可以使得系统的吞吐量最大化。在OFDMA系统中,通过对所有子载波进行分簇,可以实现在牺牲系统性能很少的情况下,大大降低系统反馈量。研究了对分簇OFDMA系统使用OBF技术来提高系统吞吐量,并进一步研究了在训练阶段使用多个随机加权向量进行多波束成形,然后从中选择最好的一个来实现数据阶段的波束成形。仿真证明,采用多波束机会波束成形技术能提高OFDMA系统吞吐量。     

IRS辅助的安全通信系统波束成形嵌套优化算法

智能反射面（Intelligent Reflecting Surface,IRS）是一种通过重新配置无线传播环境,提高无线通信网络安全性的绿色通信新技术。该文针对IRS辅助的多输入单输出安全通信系统,考虑在合法用户保密率约束下,联合优化基站处的发射波束成形和IRS处无源移相器的反射波束成形,使基站的发射功率最小。为了求解多变量耦合的非凸优化问题,我们提出了拉格朗日函数和粒子群嵌套优化算法,使用粒子群算法搜索IRS的反射波束成形,拉格朗日函数求解对应的发射波束成形,获得非凸优化问题的次优解。论文仿真比较了不同算法下基站所需的发射功率,结果表明所提算法基站所需发射功率更低。      

分布式IRS辅助毫米波MU-MISO系统联合波束成形设计

为解决非视距场景下毫米波多用户多输入单输出(MU-MISO)系统下行链路的可靠性通信问题,提出一种分布式智能反射表面(IRS)辅助多用户通信的联合波束成形设计方案.考虑功率和恒模约束,以用户加权和速率最大为目标,将基站有源波束成形和多个IRS无源波束成形联合建模为非凸优化问题.利用闭式分式规划技术解耦该联合优化问题为易...     

多波束小基站协作通信的资源分配和位置规划

针对小基站加载多波束阵列天线后协作提供通信覆盖的资源分配与位置规划问题,建立了以最小化基站总功耗以及基站间负载均衡为目标函数的多目标混合整数非凸优化模型;给出了一种迭代优化算法,将问题分为用户关联、功率分配和位置部署3个子问题,在固定基站位置和波束功率下通过改进的鲸鱼算法求解出用户与波束的关联关系,在此基础上利用连续凸逼近法和改进差分进化算法交替优化功率分配和基站位置部署。数值仿真表明,多波束小基站与所提迭代算法可灵活适应复杂业务需求分布,降低网络功耗和均衡基站间负载。可为小基站加载阵列天线增强通信覆盖提供参考。     

多波束卫星移动通信系统的同频干扰研究

针对多波束卫星移动通信系统的特点,分析了多波束卫星移动通信系统与地面蜂窝系统同频干扰计算方法的差异性,考虑了接收终端和波束中心卫星天线方向夹角带来的增益量的衰减,提出了适用于该系统的同频干扰算法,建立了适合于本系统的同频干扰分析模型。计算得到的载干比可以作为资源规划的反馈参考,为资源规划做出指导,满足更高的通信质量要求。     

卫星通信点波束覆盖算法研究

由于点波束的覆盖区域有限,针对与移动目标通信的情况,需要不停地改变卫星点波束的中心指向,以确保通信目标在点波束覆盖范围之内.卫星点波束的中心指向已知时,需要计算点波束对地球覆盖的区域,才能判断覆盖目标是否在点波束的覆盖区域内.根据上述工程应用的需求,提出了一种新的更易于实现的点波束覆盖区域算法.     

一种适用于北斗短报文通信的天线波束指向算法

针对北斗短报文通信中载体天线波束指向北斗卫星的问题,该文提出一种天线波束指向算法.该算法根据载体所处的地理位置和姿态,计算出指向北斗卫星的天线波束指向角.根据载体天线的合成波束增益和所处地理位置的北斗卫星波束增益,选择出最优的北斗卫星,并将天线波束指向该卫星.该方法可以保证载体运动过程中,天线合成波束实时指向最优北斗卫星,最大限度地提高了北斗短报文通信性能.     

一种适用于北斗短报文通信的天线波束指向算法

针对北斗短报文通信中载体天线波束指向北斗卫星的问题,该文提出一种天线波束指向算法。该算法根据载体所处的地理位置和姿态,计算出指向北斗卫星的天线波束指向角。根据载体天线的合成波束增益和所处地理位置的北斗卫星波束增益,选择出最优的北斗卫星,并将天线波束指向该卫星。该方法可以保证载体运动过程中,天线合成波束实时指向最优北斗卫星,最大限度地提高了北斗短报文通信性能。     

基于有限信道信息的波束成形系统设计

针对多输入多输出正交频分复用(MIMO-OFDM)通信系统,提出了基于有限信道信息(CSI)的波束成形算法。通过Nutaq基站验证平台,实现了基于MIMO-OFDM系统的信道反馈和波束成形,并对算法进行了验证。验证结果表明,该算法不仅能降低反馈数据量要求,还能有效提高系统的通信性能。