基于能量效率的分布式星群下行链路功率分配方法研究

doi:10.3969/j.issn.0372-2112.2020.06.019

电子学报 ›› 2020, Vol. 48 ›› Issue (6): 1177-1181.DOI: 10.3969/j.issn.0372-2112.2020.06.019

基于能量效率的分布式星群下行链路功率分配方法研究

王蔚龙, 赵尚弘, 李勇军

空军工程大学信息与导航学院, 陕西西安 710077

收稿日期:2019-07-11 修回日期:2019-10-28 出版日期:2020-06-25 发布日期:2020-06-25
作者简介:王蔚龙 男,1992年生于甘肃临夏.现为空军工程大学信息与导航学院博士研究生.主要研究方向为卫星网络资源优化分配,卫星光网络波长分配方法. E-mail:wwlwangyi@1126.com
赵尚弘 男,1964年生于甘肃兰州.现为空军工程大学信息与导航学院教授、博士生导师.主要研究方向为激光原理技术,卫星光通信与网络,空间微波光子技术. E-mail:zhaoshangh@aliyun.com
李勇军 男,1979年生于陕西西安.现为空军工程大学信息与导航学院副教授、博士生导师.主要研究方向为卫星光通信与网络,空间微波光子技术. E-mail:tz_228@163.com
基金资助:
陕西省自然科学基金（No.2018JM6069）；国家自然科学基金（No.91638101，No.61701522）

Power Allocation in Distributed Satellite Cluster Downlink Based on Energy Efficiency

WANG Wei-long, ZHAO Shang-hong, LI Yong-jun

Institute of Information and Navigation, Air Force Engineering University, Xi'an, Shaanxi 710077, China

Received:2019-07-11 Revised:2019-10-28 Online:2020-06-25 Published:2020-06-25

摘要/Abstract

摘要： 针对多波束卫星通信系统星上资源稀缺和能量利用效率不高的问题，本文提出了分布式星群网络下行链路中兼顾系统功耗和数据速率的功率分配方法，通过合理的资源分配来优化系统的能量效率.首先建立分布式星群功率分配模型，将复杂的分式问题转化为易于求解的减法形式问题，然后基于凸优化理论，提出功耗-数据速率权衡功率分配算法，并讨论了能量效率（energy efficiency）与频谱效率（spectral efficiency）之间的权衡关系.仿真结果验证了提出算法的有效性和EE-SE权衡关系，并分析了电路功耗对系统性能的影响.

关键词: 分布式星群网络, 卫星通信, 能量效率, 凸优化, 空间网络架构, 星地链路, 多波束卫星

Abstract: Aiming at the problem of scarcity of on-board resources and low energy utilization efficiency in multi-beam satellite communication system,this paper proposed the power allocation algorithm in distributed satellite cluster network downlink considering both system power consumption and data rate.And the energy efficiency of the system is optimized by reasonable resource allocation.First we built distributed satellite cluster power allocation model and transformed the problem of fractional form to simple subtractive form.Then based on convex optimization,the power-data rate trade off power allocation algorithm is proposed,and the trade-off between energy efficiency(EE) and spectral efficiency(SE) is discussed.The numerical results validate the effectiveness of the proposed algorithm and the EE-SE tradeoff,and the influence of circuit power on system performance is also analyzed.

Key words: distributed satellite cluster network, satellite communications, energy efficiency, convex optimization, space network architecture, satellite-terrestrial link, multi-beam satellite

中图分类号:

TN927

王蔚龙, 赵尚弘, 李勇军. 基于能量效率的分布式星群下行链路功率分配方法研究[J]. 电子学报, 2020, 48(6): 1177-1181.

WANG Wei-long, ZHAO Shang-hong, LI Yong-jun. Power Allocation in Distributed Satellite Cluster Downlink Based on Energy Efficiency[J]. Acta Electronica Sinica, 2020, 48(6): 1177-1181.

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Power Allocation in Distributed Satellite Cluster Downlink Based on Energy Efficiency

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