專利名稱：一種應(yīng)用智能天線實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星鏈路性能增強(qiáng)的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用智能天線實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星鏈路性能增強(qiáng)的系統(tǒng)，屬于衛(wèi)星通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一個功率和頻率都受限的系統(tǒng)，為了加強(qiáng)衛(wèi)星鏈路性能，提高系統(tǒng)容量，前向鏈路一般采用增大衛(wèi)星發(fā)射天線口徑來增加天線增益，或通過增大衛(wèi)星發(fā)射功率來達(dá)到鏈路增強(qiáng)的目的，返向鏈路一般采用增大用戶終端發(fā)射功率來提升鏈路性能， 但這樣做不僅僅給功率受限的衛(wèi)星系統(tǒng)帶來壓力，也影響了用戶終端的小型化設(shè)計，功率的增加也帶來了電電磁輻射的危害，抑制了衛(wèi)星通信應(yīng)用的推廣。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用智能天線實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星鏈路性能增強(qiáng)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對功率受限的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，能夠改善系統(tǒng)鏈路性能和擴(kuò)大系統(tǒng)容量。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種應(yīng)用智能天線實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星鏈路性能增強(qiáng)的系統(tǒng)，包括天線陣列、A/D變換模塊、D/A變換模塊、預(yù)處理模塊和波束形成網(wǎng)絡(luò)；
天線陣列，采用天線陣列方式接收衛(wèi)星信號，對D/A變換模塊輸出的模擬信號通過天線陣列波束合成后進(jìn)行發(fā)射；
A/D變換模塊，下行時對天線陣列接收的衛(wèi)星模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號發(fā)送給預(yù)處理模塊；D/A變換模塊，上行時將處理后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，送給天線陣列發(fā)射；
預(yù)處理模塊，在小區(qū)搜索時，對接收的系統(tǒng)廣播信號進(jìn)行波束搜索，確定小區(qū)ID， 該系統(tǒng)廣播信息中含有波束號信息；在建立衛(wèi)星通信鏈路時，根據(jù)小區(qū)ID確定對應(yīng)的陣元加權(quán)系數(shù)，將接收的數(shù)字信號以及陣元加權(quán)系數(shù)傳輸給波束形成網(wǎng)絡(luò)；
波束形成網(wǎng)絡(luò)根據(jù)接收的數(shù)字信號以及陣元加權(quán)系數(shù)初步調(diào)整天線指向?qū)?zhǔn)衛(wèi)星，并實(shí)現(xiàn)對天線指向的精確調(diào)整。
所述的預(yù)處理模塊確定小區(qū)ID之前需要在系統(tǒng)中固化一個表格，該表格由波束號與相應(yīng)陣元加權(quán)系數(shù)組成，陣元加權(quán)系數(shù)是根據(jù)衛(wèi)星相應(yīng)波束覆蓋小區(qū)相對衛(wèi)星指向確定，所述的波束號與小區(qū)ID —一對應(yīng)。
所述的確定小區(qū)ID并完成天線初步指向調(diào)整的步驟如下
(3. 1)檢測接收的系統(tǒng)廣播信號，完成時間和頻率同步后，提取廣播信息中的波束號信息，該波束號即為小區(qū)ID;
(3. 2)根據(jù)小區(qū)ID，查找表格中相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)值，將該加權(quán)系數(shù)值輸入波束形成網(wǎng)絡(luò)，由波束形成網(wǎng)絡(luò)完成天線初步指向調(diào)整。
所述對天線指向進(jìn)行精確調(diào)整過程如下
初步調(diào)整天線指向?qū)?zhǔn)衛(wèi)星之后，系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)控制RNC根據(jù)預(yù)先固化的精確調(diào)整表格，從表格中獲取初步對準(zhǔn)指向的一個波束寬度范圍內(nèi)的所有陣元加權(quán)系數(shù)，依次將陣元加權(quán)系數(shù)傳給波束形成網(wǎng)絡(luò)，波束形成網(wǎng)絡(luò)根據(jù)接收的陣元加權(quán)系數(shù)調(diào)整天線指向， 同時天線將此時接收的衛(wèi)星信號強(qiáng)度傳回系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)控制RNC;系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)控制RNC 判斷接收的所有衛(wèi)星信號強(qiáng)度，將衛(wèi)星信號強(qiáng)度最強(qiáng)時對應(yīng)的陣元加權(quán)系數(shù)傳輸給波束形成網(wǎng)絡(luò)，由波束形成網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)該陣元加權(quán)系數(shù)對應(yīng)的天線指向精確調(diào)整；上述精確調(diào)整表格為同一波束內(nèi)部的位置與相應(yīng)陣元加權(quán)系數(shù)的對應(yīng)表格。
所述對天線指向進(jìn)行精確調(diào)整過程如下
初步調(diào)整天線指向?qū)?zhǔn)衛(wèi)星之后，波束選擇預(yù)處理模塊根據(jù)預(yù)先固化的精確調(diào)整表格，從表格中獲取初步對準(zhǔn)指向的一個波束寬度范圍內(nèi)的所有陣元加權(quán)系數(shù)，依次將陣元加權(quán)系數(shù)傳給波束形成網(wǎng)絡(luò)，波束形成網(wǎng)絡(luò)根據(jù)接收的陣元加權(quán)系數(shù)調(diào)整天線指向；波束選擇預(yù)處理模塊接收該天線指向?qū)?yīng)的衛(wèi)星信號并計算信號強(qiáng)度，判斷接收的所有衛(wèi)星信號強(qiáng)度，將衛(wèi)星信號強(qiáng)度最強(qiáng)時對應(yīng)的陣元加權(quán)系數(shù)傳輸給波束形成網(wǎng)絡(luò)，由波束形成網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)該陣元加權(quán)系數(shù)對應(yīng)的天線指向精確調(diào)整；上述精確調(diào)整表格為同一波束內(nèi)部的位置與相應(yīng)陣元加權(quán)系數(shù)的對應(yīng)表格。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為
(1)本發(fā)明系統(tǒng)在返向鏈路發(fā)射信號時，通過合成定向波束對準(zhǔn)衛(wèi)星，使終端發(fā)射功率更加集中，提高了用戶終端的天線增益和返向接入能力。
(2)本發(fā)明系統(tǒng)前向鏈路接收下行信號時，通過陣列天線接收信號可獲得增益，提高了前向鏈路接收性能，在同等衛(wèi)星發(fā)射功率條件下，增大了系統(tǒng)容量。
(3)本發(fā)明還針對衛(wèi)星移動通信的特殊應(yīng)用場景，提出一種新的系統(tǒng)小區(qū)搜索過程及通信鏈路建立過程，在提高了頻帶利用率的同時，簡化了流程、加快了小區(qū)搜索和通信鏈路建立的過程。
本發(fā)明特別適合應(yīng)用于功率和頻率受限的衛(wèi)星通信領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)示意圖2為本發(fā)明實(shí)施方式中實(shí)例系統(tǒng)示意圖3為本發(fā)明實(shí)施方式中實(shí)例系統(tǒng)天線陣列示意圖4為本發(fā)明實(shí)施方式中實(shí)例系統(tǒng)用戶波束覆蓋圖5為本發(fā)明實(shí)施方式中實(shí)例系統(tǒng)用戶波束內(nèi)小區(qū)劃分示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明。
如圖1所示，一種應(yīng)用智能天線實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星鏈路性能增強(qiáng)的系統(tǒng)，包括天線陣列、A/ D變換模塊、D/A變換模塊、預(yù)處理模塊、波束形成網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明完成天線精確指向后由數(shù)字處理模塊完成衛(wèi)星信號的基帶處理過程。
天線陣列，采用天線陣列方式接收衛(wèi)星信號，對D/A變換模塊輸出的模擬信號通過天線陣列波束合成后進(jìn)行發(fā)射；天線陣元數(shù)可根據(jù)實(shí)際需求適當(dāng)選取，陣列形狀也可根據(jù)陣元之間的幾何關(guān)系可分為線陣、面陣等；A/D變換模塊，下行時對天線陣列接收的衛(wèi)星模擬信號轉(zhuǎn)換成便于數(shù)字處理的數(shù)字信號，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號發(fā)送給預(yù)處理模塊；D/A 變換模塊，上行時將處理后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，送給天線陣列發(fā)射；上述天線陣列及A/D變換模塊、D/A變換模塊及信號處理模塊為本領(lǐng)域公知技術(shù)，此處不贅述。
(一 )預(yù)處理模塊
預(yù)處理模塊，在小區(qū)搜索時，對接收的數(shù)字信號進(jìn)行波束搜索，確定小區(qū)ID ；在建立衛(wèi)星通信鏈路時，根據(jù)小區(qū)ID確定陣元加權(quán)系數(shù)，將接收的數(shù)字信號以及陣元加權(quán)系數(shù)傳輸給波束形成網(wǎng)絡(luò)；
預(yù)處理模塊確定小區(qū)ID之前需要在系統(tǒng)中固化一個表格，該表格由波束號與相應(yīng)陣元加權(quán)系數(shù)組成，陣元加權(quán)系數(shù)是根據(jù)衛(wèi)星相應(yīng)波束覆蓋小區(qū)相對衛(wèi)星指向確定，所述的波束號與小區(qū)ID —一對應(yīng)。
例如，衛(wèi)星用戶波束覆蓋圖如圖4所示，該例中天線陣采用4天線陣列(其系統(tǒng)示意圖如圖2所示)，天線參數(shù)設(shè)置如下
4副天線各自位于如圖3中的00、01、10和11位置；圖3中dx為χ方向單元間隔， 尖為7方向單元間隔民約為天線波束指向，θ為俯仰角，識為方位角，(m,n)表示陣元號， (m，n)為(0，0)、(0,1) > (1,0)和(1，1).；I
dx-dy_2 λ為工作波長。
天線電流幅度比為1 :1:1:1;
天線初始相位差為0 ；
天線增益歸一化為1 ；
與該覆蓋圖對應(yīng)的表格設(shè)計如下
表格是由波束號和陣元加權(quán)系數(shù)構(gòu)成的二維表格，波束號為如圖4中所示的1、2、3. . . 37，陣元加權(quán)系數(shù)由下列公式(1)、(2)和(3)求得 / \
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用智能天線實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星鏈路性能增強(qiáng)的系統(tǒng)，其特征在于包括天線陣列、A/D 變換模塊、D/A變換模塊、預(yù)處理模塊和波束形成網(wǎng)絡(luò)；天線陣列，采用天線陣列方式接收衛(wèi)星信號，對D/A變換模塊輸出的模擬信號通過天線陣列波束合成后進(jìn)行發(fā)射；A/D變換模塊，下行時對天線陣列接收的衛(wèi)星模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號發(fā)送給預(yù)處理模塊；D/A變換模塊，上行時將處理后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號， 送給天線陣列發(fā)射；預(yù)處理模塊，在小區(qū)搜索時，對接收的系統(tǒng)廣播信號進(jìn)行波束搜索，確定小區(qū)ID，該系統(tǒng)廣播信息中含有波束號信息；在建立衛(wèi)星通信鏈路時，根據(jù)小區(qū)ID確定對應(yīng)的陣元加權(quán)系數(shù)，將接收的數(shù)字信號以及陣元加權(quán)系數(shù)傳輸給波束形成網(wǎng)絡(luò)；波束形成網(wǎng)絡(luò)根據(jù)接收的數(shù)字信號以及陣元加權(quán)系數(shù)初步調(diào)整天線指向?qū)?zhǔn)衛(wèi)星，并實(shí)現(xiàn)對天線指向的精確調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用智能天線實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星鏈路性能增強(qiáng)的系統(tǒng)，其特征在于所述的預(yù)處理模塊確定小區(qū)ID之前需要在系統(tǒng)中固化一個表格，該表格由波束號與相應(yīng)陣元加權(quán)系數(shù)組成，陣元加權(quán)系數(shù)是根據(jù)衛(wèi)星相應(yīng)波束覆蓋小區(qū)相對衛(wèi)星指向確定，所述的波束號與小區(qū)ID —一對應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)用智能天線實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星鏈路性能增強(qiáng)的系統(tǒng)，其特征在于所述的確定小區(qū)ID并完成天線初步指向調(diào)整的步驟如下(3. 1)檢測接收的系統(tǒng)廣播信號，完成時間和頻率同步后，提取廣播信息中的波束號信息，該波束號即為小區(qū)ID;(3. 2)根據(jù)小區(qū)ID，查找表格中相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)值，將該加權(quán)系數(shù)值輸入波束形成網(wǎng)絡(luò)，由波束形成網(wǎng)絡(luò)完成天線初步指向調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用智能天線實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星鏈路性能增強(qiáng)的系統(tǒng)，其特征在于所述對天線指向進(jìn)行精確調(diào)整過程如下初步調(diào)整天線指向?qū)?zhǔn)衛(wèi)星之后，系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)控制RNC根據(jù)預(yù)先固化的精確調(diào)整表格，從表格中獲取初步對準(zhǔn)指向的一個波束寬度范圍內(nèi)的所有陣元加權(quán)系數(shù)，依次將陣元加權(quán)系數(shù)傳給波束形成網(wǎng)絡(luò)，波束形成網(wǎng)絡(luò)根據(jù)接收的陣元加權(quán)系數(shù)調(diào)整天線指向，同時天線將此時接收的衛(wèi)星信號強(qiáng)度傳回系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)控制RNC ；系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)控制RNC判斷接收的所有衛(wèi)星信號強(qiáng)度，將衛(wèi)星信號強(qiáng)度最強(qiáng)時對應(yīng)的陣元加權(quán)系數(shù)傳輸給波束形成網(wǎng)絡(luò)，由波束形成網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)該陣元加權(quán)系數(shù)對應(yīng)的天線指向精確調(diào)整；上述精確調(diào)整表格為同一波束內(nèi)部的位置與相應(yīng)陣元加權(quán)系數(shù)的對應(yīng)表格。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用智能天線實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星鏈路性能增強(qiáng)的系統(tǒng)，其特征在于所述對天線指向進(jìn)行精確調(diào)整過程如下初步調(diào)整天線指向?qū)?zhǔn)衛(wèi)星之后，波束選擇預(yù)處理模塊根據(jù)預(yù)先固化的精確調(diào)整表格，從表格中獲取初步對準(zhǔn)指向的一個波束寬度范圍內(nèi)的所有陣元加權(quán)系數(shù)，依次將陣元加權(quán)系數(shù)傳給波束形成網(wǎng)絡(luò)，波束形成網(wǎng)絡(luò)根據(jù)接收的陣元加權(quán)系數(shù)調(diào)整天線指向；波束選擇預(yù)處理模塊接收該天線指向?qū)?yīng)的衛(wèi)星信號并計算信號強(qiáng)度，判斷接收的所有衛(wèi)星信號強(qiáng)度，將衛(wèi)星信號強(qiáng)度最強(qiáng)時對應(yīng)的陣元加權(quán)系數(shù)傳輸給波束形成網(wǎng)絡(luò)，由波束形成網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)該陣元加權(quán)系數(shù)對應(yīng)的天線指向精確調(diào)整；上述精確調(diào)整表格為同一波束內(nèi)部的位CN 102510304 A權(quán)禾丨J 要求書2/2頁置與相應(yīng)陣元加權(quán)系數(shù)的對應(yīng)表格。
全文摘要
一種應(yīng)用智能天線實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星鏈路性能增強(qiáng)的系統(tǒng)，天線陣列，采用天線陣列方式接收衛(wèi)星信號，對D/A變換模塊輸出的模擬信號通過天線陣列波束合成后進(jìn)行發(fā)射；A/D變換模塊，下行時對天線陣列接收的衛(wèi)星模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號發(fā)送給預(yù)處理模塊；D/A變換模塊，上行時將處理后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，送給天線陣列發(fā)射；預(yù)處理模塊，在小區(qū)搜索時，對接收的系統(tǒng)廣播信號進(jìn)行波束搜索，確定小區(qū)ID，該系統(tǒng)廣播信息中含有波束號信息；在建立衛(wèi)星通信鏈路時，根據(jù)小區(qū)ID確定對應(yīng)的陣元加權(quán)系數(shù)，將接收的數(shù)字信號以及陣元加權(quán)系數(shù)傳輸給波束形成網(wǎng)絡(luò)；波束形成網(wǎng)絡(luò)根據(jù)接收的數(shù)字信號以及陣元加權(quán)系數(shù)初步調(diào)整天線指向?qū)?zhǔn)衛(wèi)星，并實(shí)現(xiàn)對天線指向的精確調(diào)整。
文檔編號H04B7/185GK102510304SQ201110418100
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者呂強(qiáng), 梁宗闖, 薛永 申請人:中國空間技術(shù)研究院