面向低轨卫星OFDM系统资源分配方法研究.pdf

摘要

随着全球互联网和物联网服务的延伸，社会通信需求日益增长。卫星通信具有许多地面

网络所不具备的优越性，成为地面通信网络的有效补充。低轨（Low-Earth-Orbit，LEO）卫星

通信系统灵活性高、易部署、数据更新频率高、星地链路传输时延小、建设成本相对低廉等

优势，使其与地面5G融合共同构建星地通信网络成为通信发展的必然趋势。体制融合是目前

地面5G和卫星通信融合的设计目标。作为5G的基本传输体制，正交频分复用（Orthogonal

FrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）用于资源调度可以优化卫星通信系统的性能和效益

。但考虑到卫星通信网与地面蜂窝网的差异性，OFDM技术应用在低轨卫星通信系统资源分

配时还面临着诸如星地信道瞬时多变、业务分布时空不均、星上资源受限、星载设备处理能

力低、多普勒频移过大等挑战。

基于上述背景，提出面向低轨卫星OFDM系统的资源分配方法研究。论文主要工作包括：

由于卫星通信系统和地面蜂窝通信系统的差异性，卫星与5G通信体制融合过程中，OFDM

波形方案还需做出改变。参考5G的时、频域资源划分方式，结合OFDM插入循环前缀的持续

时间，调整OFDM符号帧结构。在低轨卫星高速运动场景下，计算随终端仰角变化的多普勒

频偏，分析其造成的OFDM载波间干扰问题。为了平衡多普勒频率偏移影响和系统频带利用

率，采用香农公式计算低轨卫星理论系统容量，设计不同子载波配置进行仿真验证。

针对低轨卫星高动态性、系统信道特征、业务时变性以及大多普勒频移等特点，提出一

种针对OFDM的低轨卫星资源动态分配策略，包括子载波分配和功率分配。子载波分配前通

过剔除劣子信道保证信道的传输性能，通过分簇倍级减少分配时的循环次数，随后依据用户

需求及信道特征对子载波贪婪分配，最后对单用户上按照比例所分到的功率应用注水原理。

仿真结果表明，该算法能有效适应低轨卫星场景，降低算法的复杂度，提高系统容量的同时

仍可保证用户需求与传输速率的公平性。

同时，引入用户体验质量（QualityofuserExperience，QoE）概念，在此基础上设计一种

面向不同业务的OFDM资源分配算法。依据用户体验评价办法，建立贴合用户数据、语音、视

频三类业务特点的用户体验质量评估模型。基于满足所有用户最低QoE阈值和最大化系统

QoE的要求建立最优化目标函数模型，对此提出基于信道增益分配载波的资源分配算法流程。

结合卫星OFDM系统多载波的特点，改进已有资源分配方案，以兼顾系统传输速率最大化。

仿真结果表明，该算法不仅可实现用户体验质量整体改善，且有效提升了系统频带利用率。

关键词:低轨卫星，资源分配，正交频分复用，用户体验质量，贪婪算法

Abstract

WiththeextensionoftheglobalInternetandInternetofthingsservices,thedemandforsocial

communicationisgrowing.Satellitecommunicationshavemanyadvantagesoverterrestrialnetworks,

andbecomestheeffectivecomplementoftheterritorialcommunicationnetwork.Low-Earth-Orbit

satellitecommunicationsystemhastheadvantagesofhighflexibility,easydeployment,high

frequencyofdataupdate,lowtransmissiondelayandlowconstructioncost.Therefore,theintegration

ofLEOsatelliteandterritorial5Gtobuildsatellite-earthcommunicationnetworkhasbecomean

inevitabletrendofcommunicationdevelopment.Thestructureintegration