摘要：多波束卫星通信系统由于其高吞吐量和高资源利用率而受到广泛关注.已有研究主要考虑多波束卫星通信系统的信道或功率分配问题,但较少考虑用户分组和动态资源分配策略的联合优化设计,导致系统性能受限.此外,现有研究往往假设固定的波束覆盖半径,忽略了波束覆盖半径可变性对波束覆盖性能提升的影响.本文研究了多波束卫星通信系统中的用户分组和资源分配问题,提出了一种两阶段资源管理方案.针对动态和多样化的用户服务需求,首先设计一种基于Voronoi图的迭代用户分组算法以实现分组之间的负载均衡,然后将子信道和功率分配问题建模为系统平均效用函数最大化问题.为解决该问题,将每个波束视为一个智能体,采用一种基于多智能体深度Q网络(Deep Q Network,DQN)的算法来确定子信道和功率分配策略.仿真结果表明,与K-均值用户分组方案相比,本文所提出的基于Voronoi图的迭代用户分组算法对应的用户组负载差异值可降低49.2%,体现了本文所提算法在实现用户组间负载均衡方面的优势.此外,本文所提两阶段资源管理方案与现有文献中所提算法相比,系统所提供容量与用户需求差值可降低83.43%,体现了本文所提算法在实现系统资源高效利用及用户服务需求保障方面的性能优势.

摘要：在当前多波束通信卫星的波束设计中,波束一般按照频率和极化关系构成波束组(网元)进行管理,而在当前网元的构型设计当中,网元波束之间往往存在地理耦合性强的特点,即在每一个网元之中,波束地理聚集性强、重叠度高,因而影响了区域服务保障的可靠性并且导致单网元工作下的波束覆盖面积有较多重叠,进而制约了多波束卫星系统的整体覆盖效能。针对该问题,构建了以单网元波束覆盖性能均质优化为思路的组合优化问题以重构网元波束构型方案,并设计基于模拟退火算法的优化方法进行最优方案求解。在该方法中,针对多波束重叠覆盖区面积计算复杂度高的难点,设计了基于重要性采样的蒙特卡罗方法进行估算。通过以天通卫星为例进行算法性能验证,新型网元波束构型方案下,单个网元的波束分布具有地理分散均匀的特点,波束之间的重叠度明显减小,最差波束覆盖面积提升37%,平均波束覆盖面积提升28%。

摘要：多波束卫星通信系统能够为全球范围的用户提供有效可靠的通信服务,但随着通信用户快速增长和技术条件的限制,星上资源无法满足所有用户的通信需求。因此迫切需要设计合理的资源分配方案来最大化星上资源的利用率,提高系统的性能。文章从多个点波束之间和点波束内用户之间两个方面,对目前国内外已有的资源分配算法进行研究与分析,并对以后的研究方向提出建议与看法。

摘要：多波束卫星系统传统的固定资源分配方式缺乏足够的灵活性。文中在考虑多波束卫星系统各点波束业务需求多样性的基础上,基于全频率复用的“跳波束”技术,提出了一种灵活的资源分配方式。文中首先提出了两种不同的目标函数对资源进行优化,然后计算同频复用距离并引入新的约束机制以减轻同频干扰带来的性能下降,最后以最小同频率干扰为目标,结合时隙分配算法进行跳波束图案设计。仿真结果表明,相比于传统的分配方案,该方法能大大提高频谱利用率,使分配更能满足大容量动态需求。

摘要：针对多波束卫星通信系统下行链路存在多个窃听者的场景,在仅已知窃听者大概位置的条件下,提出了两种鲁棒安全波束成形(beamforming,BF)方案。一种是基于卫星总发射功率受限条件下的系统安全速率最大化准则,提出了基于广义瑞利商的鲁棒BF方案,得到了BF权矢量的解析解。另一种是基于安全速率和卫星总发射功率约束下的安全能效最大化准则,提出了一种分式规划、罚函数以及凸差(difference of convex,DC)规划理论相结合的嵌套迭代算法,完成鲁棒BF设计。仿真结果表明,跟传统的非鲁棒BF方案相比,所提出的两种鲁棒BF方案能够获得更好的安全性能。

摘要：为了解决卫星数据分发系统中雨衰对下行链路的异构性影响，建立了基于再生转发器和多波束技术的卫星数据分发系统简化模型，提出了采用星上自适应分组级FEC（ForwardErrorContr01）的下行链路差错控制方法，针对下行链路的降雨等级自适应选择纠错码率，在不占用上行共享链路的情况下，实现对下行链路差错控制的动态调整，给出了采用RSE码的星上自适应FEC的算法公式，通过MATAB软件和端到端的FEC技术进行了仿真比较分析，结果表明，当下行链路降雨率小于50％时，网络吞吐率可提高12％～25％。该策略可以为多波束宽带卫星数据分发系统的设计提供参考。

摘要：多波束卫星通信系统逐渐向以用户为中心的波束合成体制转变,用户位置的随机性使得目标波束的中心指向应具有任意性,以保证用户服务质量。针对传统的7馈源选择方案波束间干扰较大的问题,设计了一种基于非相邻7馈源组合的馈源选择方案,在满足波束中心指向任意性的同时,通过波束成形算法加权求解,找到均方误差达到最小,实现最佳馈源组合方案,并通过仿真对方案性能进行了分析。

摘要：数字多波束成型系统是HTS(High Throughput Satellite)通信系统的天线分系统的重要组成部分,是实现星上资源高效利用的基础保障。数字多波束成型技术是影响多波束卫星通信系统性能的一个重要因素。本文将介绍数字多波束天线系统的前向和回传链路的系统框图及数字多波束成型过程,仿真分析阵列天线馈源个数变化对波束成型的影响以及IFFT数字多波束成型算法的技术特点,最后提出一种基于IFFT算法的改进数字多波束成型方案并仿真分析其性能。仿真实验结果表明IFFT算法与窗函数相结合的多波束形成方式,第一旁瓣的副瓣衰减相比IFFT算法的多波束成形算法提升了17%左右。

摘要：将全频率多波束卫星系统建模为MIMO系统,分析其信道特征,在此基础上进行预编码设计以提高系统容量。针对SLNR/SSLNR预编码算法BER性能损失大的问题,基于GMD矩阵分解对SSLNR算法进行改进,结合其信道特点减小预处理矩阵的维度,提出GMD-SSLNR算法。首先基于用户间距进行分组,每组分别对等效信道矩阵进行GMD运算,能有效降低码流间的增益差,并采用THP方法在发端抵消掉已知的组间干扰泄漏。分析和仿真表明,相比SLNR-THP及SSLNR-THP算法,算法有效提高了系统的误码性能,并降低了运算复杂度。