CN106788822A - 避免对geo系统干扰的频谱感知盲区的判断方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断方法及装置,其包括以下步骤:1)根据输入参数确定NGEO系统可检测到GEO系统的区域;2)确定NGEO系统对GEO系统造成干扰的区域;3)根据NGEO系统接到到GEO系统的信号功率大小和GEO系统受到NGEO系统的干扰epfd值,确定频谱感知的盲区。本发明针对GEO和NGEO卫星系统频谱共用的场景,GEO系统作为主用户,判断在NGEO系统检测的过程中是否会出现频谱感知的盲区,有效避免了对GEO系统造成有害干扰。本发明可以广泛在卫星通信领域中应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种卫星通信领域,特别是关于一种在NGEO系统和GEO系统频谱共存场景下的避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断方法及装置。
背景技术
与同步静止轨道卫星系统(GEO)相比,非同步静止轨道卫星(NGEO)系统具有低空间损耗、低延时以及较低的在轨发射造价等优势,因此,近几年,在轨的NGEO卫星数目日益增多。NGEO和GEO系统共用卫星通信频谱,按照《无线电规则》,在轨的GEO卫星系统地位优先,在轨NGEO卫星系统地位其次,部分频率在轨和未在轨的GEO卫星系统均优先。那么,NGEO系统在实际使用当中,如何避免对GEO系统造成有害干扰并且实现与GEO系统频谱共用是目前急需解决的问题。
美国联邦通信委员会(FCC)和美国shared spectrum公司的研究结果表明,已分配的频谱资源存在大量空闲,实测使用率大部分不足一半。利用频谱感知技术可以检测空闲频段,在提高频谱利用率的同时避免认知用户对主用户造成干扰。在卫星通信系统中,GEO卫星系统为主用户,NGEO卫星系统为认知用户,在这种场景下,采用频谱感知技术的一般方法是:如果NGEO系统的接收端检测到GEO系统的发射信号,则认为此时GEO系统在工作;否则,认为该频段空闲,NGEO系统可以使用。但是,NGEO卫星具有移动性,NGEO和GEO系统波束指向不确定并且其接收端和发射端距离较远,在频谱检测的过程当中可能会存在某些区域:NGEO系统的接收端检测不到GEO系统发射的信号,但此时NGEO系统的发射端会对GEO系统接收端造成有害干扰。在这些区域,也就是频谱感知的盲区,频谱感知技术无法准确检测频谱空闲。
目前,频谱感知技术在地面系统应用比较成熟,针对GEO和NGEO系统频谱共用的场景,没有文献对频谱感知技术的可行性进行分析。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供一种避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断方法及装置,能有效避免对GEO系统造成有害干扰。
为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:一种避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断方法,其特征在于包括以下步骤:1)根据输入参数确定NGEO系统可检测到GEO系统的区域;2)确定NGEO系统对GEO系统造成干扰的区域;3)根据NGEO系统接收到GEO系统的信号功率大小和GEO系统受到NGEO系统的干扰epfd值,确定频谱感知的盲区。
进一步,对于上行链路,具体判断方法如下:1.1)根据输入参数确定NGEO卫星可检测到GEO地面站信号的区域;1.2)确定NGEO地面站对GEO卫星造成干扰的区域;1.3)同时满足Pge→ns≤Pth和epfd≥epfdth的区域即为上行链路频谱感知的盲区,其中Pge→ns为NGEO卫星接收到GEO地面终端的信号功率大小,epfd为GEO卫星受到NGEO地面终端的干扰值,Pth表示检测门限,epfdth为门限值。
进一步,所述步骤1.1)中,具体确定方法如下:1.1.1)计算GEO地面终端在NGEO卫星方向的离轴角θ1;1.1.2)计算NGEO卫星在GEO地面站方向的离轴角θ2;1.1.3)根据离轴角θ1、θ2计算NGEO卫星接收到GEO地面终端的信号功率大小Pge→ns;1.1.4)确定NGEO卫星可检测到GEO地面终端信号的区域:当Pge→ns≥Pth,GEO卫星和NGEO卫星之间的地心角β所对应的范围就是NGEO卫星的检测区域。
进一步,所述步骤1.2)中,具体确定方法如下:1.2.1)计算NGEO地面站在GEO卫星方向的离轴角θ3;1.2.2)计算GEO卫星在NGEO地面站方向的离轴角θ4;1.2.3)根据离轴角θ3、θ4计算GEO卫星受到NGEO地面终端的干扰epfd值;1.2.4)确定GEO卫星的受干扰的区域:当epfd≥epfdth时,GEO卫星和NGEO卫星之间的地心角β所对应的范围就是GEO卫星受干扰的区域。
进一步,对于下行链路,具体判断方法如下:2.1)根据输入参数确定NGEO地面站可检测到GEO卫星信号的区域;2.2)确定NGEO卫星对GEO地面终端造成干扰的区域;2.3)同时满足Pgs→ne≤Pth和epfd≥epfdth的区域即为下行链路频谱感知的盲区;Pge→ns为NGEO地面终端接收到GEO卫星的信号功率大小,Pth是检测门限,epfd是GEO地面终端受到NGEO卫星的干扰值,epfdth为门限值。
进一步,所述步骤2.1)中,具体确定方法如下:2.1.1)计算NGEO地面终端接收到GEO卫星的信号功率大小Pge→ns;2.1.2)确定NGEO卫星的可检测到GEO地面终端信号的区域:若Pgs→ne≥Pth,GEO卫星和NGEO卫星之间的地心角β所对应的范围就是NGEO卫星的检测区域。
进一步,所述步骤2.2)中,具体确定方法如下:2.2.1)计算GEO地面终端受到NGEO卫星的干扰epfd值;2.2.2)确定GEO地面终端的受干扰的区域:当epfd≥epfdth时,GEO卫星和NGEO卫星之间的地心角β所对应的范围就是GEO卫星受干扰的区域。
一种避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断装置,其特征在于包括:信号检测模块、干扰判断模块和盲区判断模块;所述信号检测模块用于根据输入参数确定NGEO系统能检测到GEO系统的区域;所述干扰判断模块用于确定NGEO系统对GEO系统造成干扰的区域;所述盲区判断模块根据NGEO系统接到到GEO系统的信号功率大小和GEO系统受到NGEO系统的干扰epfd值,用于确定频谱感知的盲区。
进一步,对于上行链路:所述信号检测模块用于根据输入参数确定NGEO卫星能检测到GEO地面站信号的区域;所述干扰判断模块用于确定NGEO地面站对GEO卫星造成干扰的区域;所述盲区判断模块用于确定上行链路频谱感知的盲区。
进一步,对于下行链路:所述信号检测模块用于根据输入参数确定NGEO地面站能检测到GEO卫星信号的区域;所述干扰判断模块用于确定NGEO卫星对GEO地面终端造成干扰的区域;所述盲区判断模块用于确定下行链路频谱感知的盲区。
本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:本发明针对GEO和NGEO卫星系统频谱共用的场景,GEO系统作为主用户,判断在NGEO系统检测的过程中是否会出现频谱感知的盲区,有效避免了对GEO系统造成有害干扰。本发明可以广泛在卫星通信领域中应用。
附图说明
图1是本发明中NGEO系统与GEO系统示意图;
图2是本发明判断方法流程示意图;
图3是本发明实施例上行链路中接收信号功率的等高线示意图;
图4是本发明实施例上行链路中epfd的等高线示意图;
图5是本发明实施例上行链路中检测区域和干扰区域示意图;
图6是本发明实施例下行链路中接收信号功率的等高线示意图;
图7是本发明实施例下行链路中epfd的等高线示意图;
图8是本发明实施例下行链路中检测区域和干扰区域示意图。
具体实施方式
如图1所示,由于对于NGEO系统检测GEO系统发送的信号,可检测到信号的区域称之为NGEO系统的检测区域;而NGEO系统的发射端会对GEO系统造成干扰,造成干扰的区域称之为NGEO系统的干扰区域。如果NGEO系统的检测区域没有完全包含其对GEO系统的干扰区域,则频谱感知的盲区存在。因此,本发明提供一种避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断方法及装置,下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。
在本发明中,各符号的含义如下:
A:GEO地面终端,假设GEO地面终端位于赤道上;
G:GEO卫星;
D:NGEO卫星;
B:NGEO地面终端;
θ1:GEO地面终端在NGEO卫星方向的离轴角;
θ2:NGEO卫星在GEO地面终端方向的离轴角;
θ3:NGEO地面终端在GEO卫星方向的离轴角;
θ4:GEO卫星在NGEO地面终端方向的离轴角;
h:NGEO卫星的高度;
β:GEO卫星和NGEO卫星之间的地心角;
α:GEO卫星和NGEO地面终端之间的地心角;
GEO地面终端和GEO卫星之间的地心角;
r:GEO地面终端和NGEO地面终端之间的距离;
Pget:GEO地面终端的发射功率;
Pnet:NGEO地面终端的发射功率;
Pgst:GEO卫星的发射功率;
Pnst:NGEO卫星的发射功率;
req表示地球半径6378Km,假设GEO地面站位置已知,即角和r已知。
如图2所示,本发明提供的一种避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断方法,该方法包括对上行链路以及下行链路频谱感知盲区的判断,上行链路为GEO地面终端向GEO卫星发射信号,NGEO卫星检测GEO地面终端的信号,同时GEO卫星可能受到NGEO地面终端的干扰;下行链路为GEO卫星向GEO地面终端发射信号,NGEO地面终端检测GEO卫星的信号,同时GEO地面终端可能受到NGEO卫星的干扰。本发明包括以下步骤:
1)根据输入参数确定NGEO系统可检测到GEO系统的区域;
2)确定NGEO系统对GEO系统造成干扰的区域;
3)根据NGEO系统接收到GEO系统的信号功率大小和GEO系统受到NGEO系统的干扰epfd值,确定频谱感知的盲区。
上述各步骤中,对于上行链路,具体判断方法如下:
1.1)根据输入参数确定NGEO卫星可检测到GEO地面站信号的区域;如果NGEO卫星接收到GEO地面终端的信号功率大于检测门限值Pth,则认为可以检测到GEO地面终端的信号。其中,输入的参数包括NGEO卫星的高度h、GEO卫星和NGEO卫星之间的地心角β(β∈[0,2π])和GEO地面终端的发射功率Pget;
具体确定方法如下:
1.1.1)计算GEO地面终端在NGEO卫星方向的离轴角θ1:
θ1=arccos(AG·dge→ns′/|AG|·|dge→ns|),
其中,AG表示GEO地面终端到GEO卫星的距离;dge→ns表示GEO地面站和NGEO卫星之间的距离;
1.1.2)计算NGEO卫星在GEO地面站方向的离轴角θ2:
θ2=arccos(dge→ns·BD′/|dge→ns|·|BD|),
其中,BD表示NGEO地面终端到NGEO卫星的距离,dge→ns=[h·sinβ-req·sinα,h·cosβ-req·cosα];
1.1.3)根据离轴角θ1、θ2计算NGEO卫星接收到GEO地面终端的信号功率大小Pge→ns:
其中,Gget表示GEO地面终端天线的增益,Gnsr表示NGEO卫星天线的增益,Gget和Gnsr的增益参考ITU建议书;λ=C/f,C=3×108,f为载波频率;
1.1.4)确定NGEO卫星可检测到GEO地面终端信号的区域:当Pge→ns≥Pth,GEO卫星和NGEO卫星之间的地心角β所对应的范围就是NGEO卫星的检测区域;其中,Pth表示检测门限。
1.2)确定NGEO地面站对GEO卫星造成干扰的区域:按照ITU规定,如果NGEO系统对GEO系统的epfd值(equivalent power flux-density)大于所规定的门限值,则认为GEO系统会受到有害干扰。
1.2.1)计算NGEO地面站在GEO卫星方向的离轴角θ3:
θ3=arccos(dne→gs·BD′/|dne→gs|·|BD|),
BD=OD-OB=[h·sinβ,h·cosβ]-[req·sinα,req·cosα],
dne→gs=OG-OB=[0,42164]-[req·sinα,req·cosα],
其中,BD表示NGEO地面终端到NGEO卫星的距离;dne→gs代表NGEO地面站和GEO卫星之间的距离;
1.2.2)计算GEO卫星在NGEO地面站方向的离轴角θ4:
θ4=arccos(AG·dne→gs′/|AG|·|dne→gs|),
AG=OG-OA=[0,42164]-[req·sinr,req·cosr];
1.2.3)根据离轴角θ3、θ4计算GEO卫星受到NGEO地面终端的干扰epfd值:
其中,Gnet表示NGEO地面终端天线的增益,Ggsr表示GEO卫星天线的增益,Ggsr,max表示GEO卫星天线的最大增益;
1.2.4)确定GEO卫星的受干扰的区域:当epfd≥epfdth时,GEO卫星和NGEO卫星之间的地心角β所对应的范围就是GEO卫星受干扰的区域;其中,《无线电规则》中规定了不同频段epfd的门限值epfdth。
1.3)同时满足Pge→ns≤Pth和epfd≥epfdth的区域即为上行链路频谱感知的盲区。
上述各步骤中,对于下行链路,具体判断方法如下:
2.1)根据输入参数确定NGEO地面站可检测到GEO卫星信号的区域:如果NGEO地面终端接收到GEO卫星的信号功率大于检测门限值,则认为可以检测到GEO卫星的信号。
输入的参数包括:NGEO卫星的高度h、GEO卫星和NGEO卫星之间的地心角β(β∈[0,2π])和GEO卫星的发射功率Pgst;
2.1.1)计算NGEO地面终端接收到GEO卫星的信号功率大小Pge→ns:
其中,Ggst表示GEO卫星天线的增益,Gner表示NGEO地面终端天线的增益,Gget和Gnsr的值参考ITU建议书;
2.1.2)确定NGEO卫星的可检测到GEO地面终端信号的区域:若Pgs→ne≥Pth,GEO卫星和NGEO卫星之间的地心角β所对应的范围就是NGEO卫星的检测区域;其中,Pth是检测门限。
2.2)确定NGEO卫星对GEO地面终端造成干扰的区域;具体确定方法如下:
2.2.1)计算GEO地面终端受到NGEO卫星的干扰epfd值:
其中,Gnst表示NGEO卫星天线的增益,Gger表示GEO地面终端天线的增益,Gger,max表示GEO地面终端天线的最大增益;
2.2.2)确定GEO地面终端的受干扰的区域:当epfd≥epfdth时,GEO卫星和NGEO卫星之间的地心角β所对应的范围就是GEO卫星受干扰的区域。
2.3)同时满足Pgs→ne≤Pth和epfd≥epfdth的区域即为下行链路频谱感知的盲区。
本发明还提供一种避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断装置,其包括信号检测模块、干扰判断模块和盲区判断模块。其中:
信号检测模块用于根据输入参数确定NGEO系统可检测到GEO系统的区域;
干扰判断模块用于确定NGEO系统对GEO系统造成干扰的区域;
盲区判断模块根据NGEO系统接到到GEO系统的信号功率大小和GEO系统受到NGEO系统的干扰epfd值,用于确定频谱感知的盲区。
上述实施例中,对于上行链路:信号检测模块用于根据输入参数确定NGEO卫星可检测到GEO地面站信号的区域;干扰判断模块用于确定NGEO地面站对GEO卫星造成干扰的区域;盲区判断模块用于确定上行链路频谱感知的盲区。
上述实施例中,对于下行链路:信号检测模块用于根据输入参数确定NGEO地面站可检测到GEO卫星信号的区域;干扰判断模块用于确定NGEO卫星对GEO地面终端造成干扰的区域;盲区判断模块用于确定下行链路频谱感知的盲区。
实施例:本实施例在某颗GEO和NGEO卫星系统中,两系统地面终端距离3.31公里,GEO地面终端位于GEO卫星的映射点上。NGEO系统参考O3b系统,高度h在500Km到30000Km之间变化。
上行链路载波频率28.28Hz,按照《无线电规则》,epfdth的值为-162dBw/m2,GEO卫星系统上行链路参数:卫星EIRP值为71dBW;地面站天线直径8m;GEO地面站EIRP值为66dBW。图3是上行链路,NGEO卫星接收到GEO地面站信号功率的等高线表示,横轴是NGEO卫星的高度,纵轴是β角的大小,黑色粗线是检测门限,黑色粗线下方代表可以NGEO卫星可以检测到GEO地面站信号的区域。
图4是上行链路,GEO卫星受到NGEO地面站干扰epfd的等高线表示,横轴是NGEO卫星的高度,纵轴是β角的大小,黑色粗线是干扰门限,黑色粗线下方代表GEO卫星受NGEO地面站干扰的区域。
将图3中的检测区域和图4中的干扰区域放入一个图中,如图5所示,当NGEO卫星的高度低于7000Km时,检测区域包含了干扰区域,此时不存在频谱感知的盲区,可以使用频谱感知算法;当NGEO卫星的高度高于7000Km时,在干扰区域中存在着NGEO系统检测不到GEO系统信号的情况,此时存在频谱感知的盲区。比如当NGEO高度为10000Km,β>0.2o时,存在频谱感知的盲区。
下行链路载波频率18.48Hz,按照《无线电规则》,epfdth的值为-161.4dBw/m2,GEO卫星系统下行链路参数:卫星EIRP值为71dBW;地面终端天线直径0.75m。
图6是下行链路,NGEO地面终端接收到GEO卫星信号功率的等高线表示,横轴是NGEO卫星的高度,纵轴是β角的大小,黑色粗线是检测门限,黑色粗线下方代表NGEO地面终端可以检测到GEO卫星信号的区域。
图7是下行链路,GEO地面终端受到NGEO卫星干扰epfd的等高线表示,横轴是NGEO卫星的高度,纵轴是β角的大小,黑色粗线是干扰门限,黑色粗线下方代表GEO地面终端受NGEO卫星干扰的区域。
将图6中的检测区域和图7中的干扰区域放入一个图中,如图8所示,检测区域包含干扰区域,因此在下行链路中不存在频谱感知的盲区。
上述各实施例仅用于说明本发明,其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的,凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进,均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断方法,其特征在于包括以下步骤:
1)根据输入参数确定NGEO系统可检测到GEO系统的区域;
2)确定NGEO系统对GEO系统造成干扰的区域;
3)根据NGEO系统接收到GEO系统的信号功率大小和GEO系统受到NGEO系统的干扰epfd值,确定频谱感知的盲区。
2.如权利要求1所述的避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断方法,其特征在于:对于上行链路,具体判断方法如下:
1.1)根据输入参数确定NGEO卫星可检测到GEO地面站信号的区域;
1.2)确定NGEO地面站对GEO卫星造成干扰的区域;
1.3)同时满足Pge→ns≤Pth和epfd≥epfdth的区域即为上行链路频谱感知的盲区,其中Pge→ns为NGEO卫星接收到GEO地面终端的信号功率大小,epfd为GEO卫星受到NGEO地面终端的干扰值,Pth表示检测门限,epfdth为门限值。
3.如权利要求2所述的避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断方法,其特征在于:所述步骤1.1)中,具体确定方法如下:
1.1.1)计算GEO地面终端在NGEO卫星方向的离轴角θ1;
1.1.2)计算NGEO卫星在GEO地面站方向的离轴角θ2;
1.1.3)根据离轴角θ1、θ2计算NGEO卫星接收到GEO地面终端的信号功率大小Pge→ns;
1.1.4)确定NGEO卫星可检测到GEO地面终端信号的区域:当Pge→ns≥Pth,GEO卫星和NGEO卫星之间的地心角β所对应的范围就是NGEO卫星的检测区域。
4.如权利要求2或3所述的避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断方法,其特征在于:所述步骤1.2)中,具体确定方法如下:
1.2.1)计算NGEO地面站在GEO卫星方向的离轴角θ3;
1.2.2)计算GEO卫星在NGEO地面站方向的离轴角θ4;
1.2.3)根据离轴角θ3、θ4计算GEO卫星受到NGEO地面终端的干扰epfd值;
1.2.4)确定GEO卫星的受干扰的区域:当epfd≥epfdth时,GEO卫星和NGEO卫星之间的地心角β所对应的范围就是GEO卫星受干扰的区域。
5.如权利要求1所述的避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断方法,其特征在于:对于下行链路,具体判断方法如下:
2.1)根据输入参数确定NGEO地面站可检测到GEO卫星信号的区域;
2.2)确定NGEO卫星对GEO地面终端造成干扰的区域;
2.3)同时满足Pgs→ne≤Pth和epfd≥epfdth的区域即为下行链路频谱感知的盲区;Pge→ns为NGEO地面终端接收到GEO卫星的信号功率大小,Pth是检测门限,epfd是GEO地面终端受到NGEO卫星的干扰值,epfdth为门限值。
6.如权利要求5所述的避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断方法,其特征在于:所述步骤2.1)中,具体确定方法如下:
2.1.1)计算NGEO地面终端接收到GEO卫星的信号功率大小Pge→ns;
2.1.2)确定NGEO卫星的可检测到GEO地面终端信号的区域:若Pgs→ne≥Pth,GEO卫星和NGEO卫星之间的地心角β所对应的范围就是NGEO卫星的检测区域。
7.如权利要求5或6所述的避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断方法,其特征在于:所述步骤2.2)中,具体确定方法如下:
2.2.1)计算GEO地面终端受到NGEO卫星的干扰epfd值;
2.2.2)确定GEO地面终端的受干扰的区域:当epfd≥epfdth时,GEO卫星和NGEO卫星之间的地心角β所对应的范围就是GEO卫星受干扰的区域。
8.一种避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断装置,其特征在于包括:信号检测模块、干扰判断模块和盲区判断模块;
所述信号检测模块用于根据输入参数确定NGEO系统能检测到GEO系统的区域;
所述干扰判断模块用于确定NGEO系统对GEO系统造成干扰的区域;
所述盲区判断模块根据NGEO系统接到到GEO系统的信号功率大小和GEO系统受到NGEO系统的干扰epfd值,用于确定频谱感知的盲区。
9.如权利要求8所述的避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断装置,其特征在于:对于上行链路:所述信号检测模块用于根据输入参数确定NGEO卫星能检测到GEO地面站信号的区域;所述干扰判断模块用于确定NGEO地面站对GEO卫星造成干扰的区域;所述盲区判断模块用于确定上行链路频谱感知的盲区。
10.如权利要求8所述的避免对GEO系统干扰的频谱感知盲区的判断装置,其特征在于:对于下行链路:所述信号检测模块用于根据输入参数确定NGEO地面站能检测到GEO卫星信号的区域;所述干扰判断模块用于确定NGEO卫星对GEO地面终端造成干扰的区域;所述盲区判断模块用于确定下行链路频谱感知的盲区。
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