【技術實現步驟摘要】
本申請涉及無線通信，特別涉及一種空天地通信系統上行通信的吞吐量優化方法和裝置。
技術介紹
1、空天地通信系統是一種地面與衛星之間存在中繼站的通信系統，上行通信是地面站或低層網絡節點向衛星或高層網絡節點發送信息的通信過程，具有傳輸距離遠、傳輸環境復雜和資源受限等特點。其中，吞吐量是反映空天地通信系統上行通信過程中對信息處理和傳輸能力的指標，即在單位時間內系統能夠處理并成功傳輸的數據總量，通過調整空天地通信系統中的如功率等參數以實現上行通信過程中的吞吐量最大化，可以提升通信效率與服務質量，從而推動空天地一體化發展。
2、在現有技術中，中國專利cn?116112060?a公開了一種基于緩沖中繼的空天地通信系統資源分配方法及裝置，該方法包括：將傳輸時間劃分為多個時隙；以最大化系統平均吞吐量為目標，結合目標約束條件，建立空天地通信系統的資源分配優化問題模型；采用交替迭代法對所述資源分配優化問題模型進行求解，確定每個所述時隙下地面終端與高空平臺之間的信道接入信息及各信道的傳輸功率、高空平臺與衛星之間的信道接入信息及各信道的傳輸功率，該方法在以高斯輸入為基礎的空天地通信系統下計算傳輸速率，即傳輸速率為信道容量(即理論上能夠達到的最大傳輸速率)。
3、但是，由于各種原因(如硬件限制、調制方式、編碼方式等)，很難實現輸入信號完全服從高斯分布，高斯輸入對應的信道容量實際上是傳輸速率的上限，往往是不可達速率。因此基于上述方法得到的空天地通信系統資源分配結果的準確率有待提高。
技術實現思路p>
1、基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種空天地通信系統上行通信的吞吐量優化方法和裝置。
2、本專利技術采用下述技術方案：
3、本專利技術提供了一種空天地通信系統上行通信的吞吐量優化方法，包括：
4、基于地基通信設備、中繼站通信設備和衛星通信設備構建空天地通信系統；
5、將地基通信設備向衛星通信設備進行上行通信過程中所傳輸的數據調制為離散符號形式，獲得用于反映離散符號信息傳輸效率的互信息，以互信息表征空天地通信系統上行通信過程的吞吐量；
6、以最大化吞吐量為優化目標、以通信設備的功率上限為約束條件，構建原始優化模型；對原始優化模型進行求解，獲得上行通信的最大吞吐量。
7、進一步地，所述基于地基通信設備、中繼站通信設備和衛星通信設備構建空天地通信系統，包括：
8、中繼站通信設備接收地基通信設備發射的信號：
9、yu＝hsupsx+nu
10、
11、其中，是中繼站通信設備接收到的信號，是中繼站通信設備的接收天線數；表示從地基通信設備到中繼站通信設備的信道，ns表示地基通信設備的發射天線數；表示傳輸信號的預編碼器；表示均值為零和方差為的加性高斯白噪聲，β∈[0,1]為萊斯信道衰落模型中的萊斯因子；glos和gnlos分別為萊斯信道衰落模型中的los和瑞利衰落分量；
12、中繼站通信設備用放大轉發協議將接收到的信號轉發到衛星通信設備：
13、ys＝huspuyu+ns
14、其中，ys是衛星通信設備接收到的信號；為中繼站通信設備到衛星通信設備的los信道，為中繼站通信設備發射天線數；是用于整合信號yu的中繼站通信設備預編碼器；ns是均值為零和方差為的加性高斯白噪聲的加性熱噪聲，遵循
15、進一步地，所述以互信息表征空天地通信系統上行通信過程的吞吐量，具體包括：
16、
17、n＝huspunu+ns
18、其中，i(x；ys|hsu,hus)表示上行通信過程的吞吐量，nt是地基通信設備的發射天線數；m是信號星座的點數；dij＝xi-xj，其中xi和xj表示m進制星座圖中nt個可能的調制符號向量；en(·)表示期望運算。
19、進一步地，所述以最大化吞吐量為優化目標、以通信設備的功率上限為約束條件，構建原始優化模型，具體包括：
20、
21、其中，和分別為地基通信設備和中繼站通信設備的實際功率，上標h表示共軛轉置；ps和pu分別為地基通信設備和中繼站通信設備的可用功率上限。
22、進一步地，所述對原始優化模型進行求解，具體包括：
23、使用截止率代替原始優化模型中的i(x；ys|hsu,hus)，以降低原始優化模型的計算復雜度；
24、將i(x；ys|hsu,hus)替換為截止率的原始優化模型分解為子優化模型一和子優化模型二；
25、所述子優化模型一以為優化目標、以地基通信設備的功率上限為約束條件，其中，表示pu的已知可行解；
26、所述子優化模型二以為優化目標、以中繼站通信設備的功率上限為約束條件；其中其中，表示ps的已知可行解；
27、迭代優化子優化模型一和子優化模型二直至達到所設的迭代終止條件，并輸出優化結果，獲得最大吞吐量。
28、本專利技術提供了一種空天地通信系統上行通信的吞吐量優化裝置，包括：
29、空天地通信系統構建模塊，用于基于地基通信設備、中繼站通信設備和衛星通信設備構建空天地通信系統；
30、吞吐量表征模塊，用于將地基通信設備向衛星通信設備進行上行通信過程中所傳輸的數據調制為離散符號形式，獲得用于反映離散符號信息傳輸效率的互信息，以互信息表征空天地通信系統上行通信過程的吞吐量；
31、吞吐量優化模塊，用于以最大化吞吐量為優化目標、以通信設備的功率上限為約束條件，構建原始優化模型；對原始優化模型進行求解，獲得上行通信的最大吞吐量。
32、本專利技術采用的上述至少一個技術方案能夠達到以下有益效果：
33、在實際上行通信過數據調制的過程中，離散符號是建立二進制比特流與數據間的映射載體，衡量著實際數據傳輸速率，因此在本專利技術提供的空天地通信系統上行通信的吞吐量優化方法中，針對離散符號的傳輸問題，利用互信息表征空天地上行通信的吞吐量，而不是追求理想條件下的理論最大值，以提高系統在非理想條件下的穩健性。
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1.一種空天地通信系統上行通信的吞吐量優化方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的空天地通信系統上行通信的吞吐量優化方法，其特征在于，所述基于地基通信設備、中繼站通信設備和衛星通信設備構建空天地通信系統，包括：
3.如權利要求2所述的空天地通信系統上行通信的吞吐量優化方法，其特征在于，所述以互信息表征空天地通信系統上行通信過程的吞吐量，具體包括：
4.如權利要求3所述的空天地通信系統上行通信的吞吐量優化方法，其特征在于，所述以最大化吞吐量為優化目標、以通信設備的功率上限為約束條件，構建原始優化模型，具體包括：
5.如權利要求4所述的空天地通信系統上行通信的吞吐量優化方法，其特征在于，所述對原始優化模型進行求解，具體包括：
6.一種空天地通信系統上行通信的吞吐量優化裝置，其特征在于，包括：
【技術特征摘要】
1.一種空天地通信系統上行通信的吞吐量優化方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的空天地通信系統上行通信的吞吐量優化方法，其特征在于，所述基于地基通信設備、中繼站通信設備和衛星通信設備構建空天地通信系統，包括：
3.如權利要求2所述的空天地通信系統上行通信的吞吐量優化方法，其特征在于，所述以互信息表征空天地通信系統上行通信過程的吞吐量，具體包括：<...
【專利技術屬性】
技術研發人員：夏桂陽，黃賢濤，沈桐，周小波，辜麗川，
申請(專利權)人：安徽農業大學，
類型：發明
國別省市：
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