面向用户多样化业务需求的多波束卫星系统动态资源分配算法

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.