西安电子科技大学周笛获国家专利权
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龙图腾网获悉西安电子科技大学申请的专利基于自适应进化算法的低轨星座波束资源分配方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119789210B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-28发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510002668.8,技术领域涉及:H04L41/147;该发明授权基于自适应进化算法的低轨星座波束资源分配方法是由周笛;张姝慧;盛敏;李建东;史琰;白卫岗;姬思敬;朱彦设计研发完成,并于2025-01-02向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于自适应进化算法的低轨星座波束资源分配方法在说明书摘要公布了:本发明公开一种基于自适应进化算法的低轨星座波束资源分配方法,其实现步骤是,利用训练好的用户需求预测神经网络,获得用户需求预测结果,提前预判用户需求波动,提高资源分配的实时性和准确性,基于偏好列表利用Gale‑Shapley算法匹配波束重叠区的卫星波束和用户,根据卫星通信系统模型定义目标函数以及资源分配约束条件,据此提出一种自适应进化算法联合分配功率和带宽,实现波束资源分配优化。本发明通过实现卫星提供的容量与用户需求容量相匹配,提高了用户服务覆盖率,同时提升了低轨卫星的资源利用率。
本发明授权基于自适应进化算法的低轨星座波束资源分配方法在权利要求书中公布了:1.一种基于自适应进化算法的低轨星座波束资源分配方法,其特征在于,构建低轨卫星波束资源分配的目标函数模型,通过自适应调整算法,预测用户需求和信道条件,分配波束带宽和功率;该分配方法的步骤如下: 步骤1,根据待分配波束资源低轨星座的轨道信息及通信链路的基本参数,建立卫星通信系统模型; 步骤2,基于历史用户终端位置、用户业务需求信息,构建样本数据的训练集,利用训练集训练的用户需求预测神经网络获得用户需求预测结果; 步骤3,获取不同卫星间波束重叠区用户终端位置信息,利用Gale-Shapley算法,进行重叠区卫星与用户终端匹配,生成匹配列表; 步骤4,根据卫星通信系统模型定义目标函数以及资源分配约束条件: 所述目标函数为: 其中,USC表示低轨星座波束中用户需求的最大未满足服务覆盖率最小化函数,即最大限度地减小和的差距,表示第n个卫星中第b个波束提供给第u个用户的卫星通信容量,表示第u个用户需求的通信容量; 所述资源分配约束条件包括:信道分配状态约束,带宽约束,用户到波束中心的角度约束,最大分配功率约束,波束服务用户数约束; 所述信道分配状态约束为每个波束的对每个用户的信道分配状态只能为分配或不分配; 所述带宽约束为每个波束分配给其覆盖范围内用户的总传输带宽不超过波束的最大传输带宽; 所述用户到波束中心的角度约束为,每个波束对于其覆盖范围内每个用户到波束中心的角度小于波束的3dB; 所述最大分配功率约束为,每个波束中分配给其波束覆盖范围内所有用户的总传输功率不超过波束的最大可用传输功率; 所述波束服务用户数约束为,每一个波束服务的用户数不超过波束允许服务用户数的最大值; 步骤5,基于用户需求预测结果和匹配列表,通过自适应进化算法联合分配功率和带宽,确定最优波束资源分配策略;其步骤如下: 第一步,基于资源分配约束条件,随机生成一组资源预分配策略矩阵R={r1,r2,…,rZ}作为父代,其中,Z表示随机生成的资源预分配策略矩阵的总数; 第二步,建立自适应进化算法的适应度函数为: frz=-USCrz 其中,frz表示基于训练好的神经网络预测的第z个资源预分配策略矩阵的适应度值,表示第z个资源预分配策略矩阵,和分别表示第z1个功率分配矩阵和第z2个带宽分配矩阵,功率分配矩阵和带宽分配矩阵中分别包含了第z个资源预分配策略中每个卫星波束分配给其覆盖范围内的每个用户的功率和带宽,上角标T表示转置操作; 第三步,建立交叉概率函数和突变概率函数为: 其中,Pc、pm分别表示交叉概率函数,突变概率函数,分别表示交叉概率的最大值和最小值,分别表示变异概率的最大值和最小值,exp表示以自然常数e为底的指数操作,c0表示线性参数,其取值为9.903438,fmax表示当前父代中适应度最大的值,表示参与交叉的两个资源分配策略向量中较大的适应度值,fm表示当前资源分配策略向量的适应度值,favg表示父代所有资源分配策略向量的平均适应度值,fz表示当前第z个资源分配策略向量的适应度值; 第四步,利用选择概率基于适应度值对父代进行选择得到选择父代,利用交叉概率函数计算交叉概率,对所选父代的资源分配策略向量进行两两交叉,得到交叉父代,再利用变异概率函数计算变异概率,对交叉父代的资源分配策略向量进行变异操作,得到最终新一代资源预分配策略矩阵R′作为新的父代,对新的父代基于用户需求预测神经网络预测的用户需求,计算R′中每个资源分配策略向量的适应度; 第五步,重复执行第四步,直至自适应进化算法的适应度函数收敛为止,得到最优资源分配策略。
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