CN109041191A - 一种fdma系统星状网的返向功率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法,包括:测试无雨情况下小站到主站通信时的参考发射功率,并将该参考值保存在网管中心数据库中;根据站点所在雨区分配相应的固定雨衰补偿值,将该补偿值保存在网管中心数据库中;根据小站所处雨区、载波速率和允许最大发射功率等因素计算分配给小站配置频点、带宽和编码调制;标定调制解调器中频出口至功放入口的馈线损耗,根据功放的增益,计算出调制解调器的发射功率,并进行配置;通信过程中小站监视主站信号接收情况,并以该信号的信噪比为基准,对本小站进行动态功率控制;转发器参数发生变化或转星后,重新测试各个小站功率参考值。通过本发明,可以实现一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信领域,尤其涉及一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法。
背景技术
在卫星通信链路中,大气传输损伤,包含降雨产生的衰耗和去极化的影响会引起系统性能下降,增加了系统的不可用度。在10GHz以上频段,雨的衰减是卫星链路衰减的主要因素,需要增加额外的功率控制才能保证通信信道的正常工作。上行链路开环功率控制是卫星通信最常使用的抗衰技术之一,其主要作用是在降雨期间对上行链路衰减进行估算,然后根据衰减量相应增大发射功率,使卫星接收的信号功率保持在一定的范围之内,其目的是补偿慢变化的衰减量和幅度闪烁。其他因素,如温度等所引起的慢变化衰减,在补偿过程中都当作降雨衰减来处理。
为了解决上述问题,本发明提出一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出一种基于上述问题,提出一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法,其特征在于,所述的一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法包括如下步骤:
步骤1,测试无雨情况下小站到主站通信时的参考发射功率,并将该参考值保存在网管中心数据库中;
步骤2,根据站点所在雨区分配相应的固定雨衰补偿值,将该补偿值保存在网管中心数据库中;
步骤3,根据小站所处雨区、载波速率和允许最大发射功率等因素计算分配给小站配置频点、带宽和编码调制;
步骤4,标定调制解调器中频出口至功放入口的馈线损耗,根据功放的增益,计算出调制解调器的发射功率,并进行配置;
步骤5,通信过程中小站监视主站信号接收情况,并以该信号的信噪比为基准,对本小站进行动态功率控制;
步骤6,转发器参数发生变化或转星后,重新测试各个小站功率参考值并更新数据库数据。
进一步的,所述的步骤1中的参考发射功率即按基准速率发射载波使接收信噪比为基准Eb/N0时的发送站发射功率。
进一步的,所述的第二步中的雨衰补偿值是根据结合卫星轨位的中国雨衰量分布图,获取各个小站所在位置的上下行雨衰值。
进一步的,所述的第三步中编码调制方式固定时,数据信息速率R与租用的卫星转发器带宽B成正比关系,因此当配置的带宽与基准带宽不同时,对应的数据传输速率也不同,需要对分配给小站的发射电平值进行校正,按照比特信噪比定义,可知:
Eb/N0=C/N0-R=P-Lu+Gx-Ld-N0-10logR
其中Eb表示单位比特能量,N0表示单位赫兹噪声功率,C表示主站接收载波功率,R表示返向数据传输速率,P表示小站发射功率,Lu表示小站至卫星转发器上行链路损耗,Gx表示卫星转发器增益,Ld表示卫星转发器至主站下行链路损耗,设基准信息速率Rref对应的小站发射功率为Pref,配置信息速率为R时对应的小站发射功率为P,而调制编码不变时,整个链路中N0、Lu、Ld和Gx四项参数均保持恒定,因此根据信噪比平衡控制准则,为保证前后两次接收Eb/N0相同,必须满足
Eb/N0=Pref-Lu+Gx-Ld-N0-10logRref=P-Lu+Gx-Ld-N0-10logR
将上述公式整理变形,可得
P=Pref+10log(R/Rref)
设数据信息速率R对应的带宽为B,数据信息速率Rref对应的带宽为Bref,则根据正比关系,可得
进一步的,所述的第三步中调制编码方式不同时对应的链路基准Eb/N0不同,记基准调制编码方式和实际调制编码方式对应功率参考值分别为Pref和P,对应的比特信噪比分别为Eb/N0ref和Eb/N0,根据公式
Eb/N0=P-Lu+Gx-Ld-N0-10logR
可知在信息速率R不变时满足以下关系
P-Pref=Eb/N0-Eb/N0ref。
进一步的,所述的第三步中小站为固定站时,则功率不受限:小站为便携站或者车载站,则功率受限,受限功率为小站功放的最大输出功率。
进一步的,所述的第四步中标定调制解调器中频出口至功放入口的馈线损耗设为L,查询产品的技术手册确定功放的增益设为G,并根据公式Pconfig=P2+L+G计算出调制解调器应当配置的发射功率Pconfig,完成小站发射功率的静态标定。
进一步的,所述的第五步中主站将接收信噪比通过前向TDM信道实时发送给小站,小站以该信噪比为基准,进行动态功率控制,当发生雨衰或同转发器邻近设备上行发送功率升高时,通过增大业务信道的上行发送功率,维持主站下行接收信号的比特信噪比Eb/N0恒定,实现自动闭环调整本站发射功率。
进一步的,所述的第六步当转发器的有效全向辐射功率、接收系统的品质因数G/T,所述的G为天线增益,T为卫星接收系统的噪声温度以及单载波输入饱和通量密度等参数发生变化或用于通信的卫星发生改变后,需要重新标定各个小站功率参考值并更新网管中心数据库数据。
本发明的有益效果在于:通过本发明,可以实现一种基于物联网的大棚监控系统。
附图说明
图1是一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法的流程图。
图2是各站点雨衰补偿列表。
具体实施方式
本发明涉及一种基于上述问题,提出一一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法,其特征在于,所述的一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法包括如下步骤:
步骤1,测试无雨情况下小站到主站通信时的参考发射功率,并将该参考值保存在网管中心数据库中;
步骤2,根据站点所在雨区分配相应的固定雨衰补偿值,将该补偿值保存在网管中心数据库中;
步骤3,根据小站所处雨区、载波速率和允许最大发射功率等因素计算分配给小站配置频点、带宽和编码调制;
步骤4,标定调制解调器中频出口至功放入口的馈线损耗,根据功放的增益,计算出调制解调器的发射功率,并进行配置;
步骤5,通信过程中小站监视主站信号接收情况,并以该信号的信噪比为基准,对本小站进行动态功率控制;
步骤6,转发器参数发生变化或转星后,重新测试各个小站功率参考值并更新数据库数据。
步骤1中,参考发射功率是指系统在链路建立时双方使用的初始发送功率值(含固定雨衰补偿),该值保证链路通信双方初始能够获得良好的接收Eb/N0,并建立起可靠的通信,通信过程中由双方通信终端根据规则自动进行闭环功率调整。功率参考值体现了卫通地球站与其他站通信的功率特性,是FDMA卫星通信系统自动功率控制机制中的主要参数。
步骤2中,结合卫星轨位的中国雨衰量分布图,查询各个小站所在位置的上下行雨衰,并将该补偿值保存在网管中心数据库中,如图2所示。
步骤3中,当编码调制方式固定时,数据信息速率R与租用的卫星转发器带宽B成正比关系,因此当配置的带宽与基准带宽不同时,对应的数据传输速率也不同,需要对分配给小站的发射电平值进行校正。
按照比特信噪比定义,可知:
Eb/N0=C/N0-R=P-Lu+Gx-Ld-N0-10logR
其中Eb表示单位比特能量,N0表示单位赫兹噪声功率,C表示主站接收载波功率,R表示返向数据传输速率,P表示小站发射功率,Lu表示小站至卫星转发器上行链路损耗,Gx表示卫星转发器增益,Ld表示卫星转发器至主站下行链路损耗(功率的单位为dBm,损耗和增益的单位为dB,速率单位为bit/s)。设基准信息速率Rref对应的小站发射功率为Pref,配置信息速率为R时对应的小站发射功率为P,而调制编码不变时,整个链路中N0、Lu、Ld和Gx四项参数均保持恒定,因此根据信噪比平衡控制准则,为保证前后两次接收Eb/N0相同,必须满足
Eb/N0=Pref-Lu+Gx-Ld-N0-10logRref=P-Lu+Gx-Ld-N0-10logR
将上述公式整理变形,可得
P=Pref+10log(R/Rref)
设数据信息速率R对应的带宽为B,数据信息速率Rref对应的带宽为Bref,则根据正比关系,可得
例如基准带宽为1MHz,配置的带宽为2MHz时,对应的发射功率满足如下公式
P=Pref+3
即发射功率在基准功率的基础上增加3dB。
步骤3中,不同调制编码方式对应的链路基准Eb/N0不同,记基准调制编码方式和实际调制编码方式对应功率参考值分别为Pref和P,对应的比特信噪比分别为Eb/N0ref和Eb/N0,根据下面公式
Eb/N0=P-Lu+Gx-Ld-N0-10logR
可知在信息速率R不变时满足以下关系
P-Pref=Eb/N0-Eb/N0ref
例如基准编码调制方式对应的比特信噪比为5dB,配置的编码调制方式对应的比特信噪比为8dB,对应的发射功率满足如下公式
P=Pref+3
即发射功率在基准功率的基础上增加3dB。
步骤3中,如果小站为固定站,则考虑功率不受限,如果小站为便携站或者车载站,需要考虑功率受限,设小站功放的最大输出为Pmax,则有
P≤Pmax
例如若小站的功放最大输出为8W时,则设置的发射功率不能超过8W。
综上所述,若小站的参考发射功率为PRef,小站所在地的上下行雨衰分别为Au和Ad,考虑雨衰后校正的发射功率值为P0,基准带宽和配置带宽分别为Bref和B,考虑带宽后校正的发射功率值为P1,基准比特信噪比和配置比特信噪比分别为Eb/N0ref和Eb/N0,考虑比特信噪比后校正的发射功率值为P2,设小站功放的最大输出为Pmax,则小站的实际发射功率满足如下约束条件
主站将主站分配的发射功率值对本站调制解调器的发射功率进行配置。
步骤4中,标定设备中频出口至功放入口的馈线损耗为L,查询产品的技术手册确定功放的增益G,并根据下式计算出调制解调器应当配置的发射功率Pconfig,至此完成小站发射功率的静态标定。
Pconfig=P2+L+G
步骤5中,主站将接收信噪比通过前向TDM信道实时发送给小站,小站以该信噪比为基准,进行动态功率控制,当发生雨衰或同转发器邻近设备上行发送功率突然升高时,通过增大业务信道的上行发送功率水平,保证主站下行接收信号的比特信噪比Eb/N0恒定,进而实现自动闭环调整本站发射功率,保证业务数据的有效传输。
步骤6中,当转发器的EIRP(Equivalent Isotropic Radiated Power,有效全向辐射功率,单位dBW)、G/T(接收系统的品质因数,G为天线增益,T为卫星接收系统的噪声温度,单位dB/K)以及SFD(Saturation Flux Density,单载波输入饱和通量密度,单位dBW)等参数发生变化或用于通信的卫星发生改变后,需要重新标定各个小站功率参考值并更新网管中心数据库数据。
需要说明的是,对于前述的各个方法实施例,为了简单描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本申请并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本申请,某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详细描述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,所述的存储介质可为磁碟、光盘、ROM、RAM等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法,其特征在于,所述的一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法包括如下步骤:
步骤1,测试无雨情况下小站到主站通信时的参考发射功率,并将该参考值保存在网管中心数据库中;
步骤2,根据站点所在雨区分配相应的固定雨衰补偿值,将该补偿值保存在网管中心数据库中;
步骤3,根据小站所处雨区、载波速率和允许最大发射功率等因素计算分配给小站配置频点、带宽和编码调制;
步骤4,标定调制解调器中频出口至功放入口的馈线损耗,根据功放的增益,计算出调制解调器的发射功率,并进行配置;
步骤5,通信过程中小站监视主站信号接收情况,并以该信号的信噪比为基准,对本小站进行动态功率控制;
步骤6,转发器参数发生变化或转星后,重新测试各个小站功率参考值并更新数据库数据。
2.根据权利要求1所述的一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法,其特征在于,所述的步骤1中的参考发射功率即按基准速率发射载波使接收信噪比为基准Eb/N0时的发送站发射功率。
3.根据权利要求1所述的一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法,其特征在于,所述的第二步中的雨衰补偿值是根据结合卫星轨位的中国雨衰量分布图,获取各个小站所在位置的上下行雨衰值。
4.根据权利要求1所述的一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法,其特征在于,所述的第三步中编码调制方式固定时,数据信息速率R与租用的卫星转发器带宽B成正比关系,因此当配置的带宽与基准带宽不同时,对应的数据传输速率也不同,需要对分配给小站的发射电平值进行校正,按照比特信噪比定义,可知:
Eb/N0=C/N0-R=P-Lu+Gx-Ld-N0-10log R
其中Eb表示单位比特能量,N0表示单位赫兹噪声功率,C表示主站接收载波功率,R表示返向数据传输速率,P表示小站发射功率,Lu表示小站至卫星转发器上行链路损耗,Gx表示卫星转发器增益,Ld表示卫星转发器至主站下行链路损耗,设基准信息速率Rref对应的小站发射功率为Pref,配置信息速率为R时对应的小站发射功率为P,而调制编码不变时,整个链路中N0、Lu、Ld和Gx四项参数均保持恒定,因此根据信噪比平衡控制准则,为保证前后两次接收Eb/N0相同,必须满足:
Eb/N0=Pref-Lu+Gx-Ld-N0-10logRref=P-Lu+Gx-Ld-N0-10log R
将上述公式整理变形,可得
P=Pref+10log(R/Rref)
设数据信息速率R对应的带宽为B,数据信息速率Rref对应的带宽为Bref,则根据正比关系,可得
5.根据权利要求1所述的一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法,其特征在于,所述的第三步中调制编码方式不同时对应的链路基准Eb/N0不同,记基准调制编码方式和实际调制编码方式对应功率参考值分别为Pref和P,对应的比特信噪比分别为Eb/N0ref和Eb/N0,根据公式
Eb/N0=P-Lu+Gx-Ld-N0-10log R
可知在信息速率R不变时满足以下关系
P-Pref=Eb/N0-Eb/N0ref。
6.根据权利要求1所述的一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法,其特征在于,所述的第三步中小站为固定站时,则功率不受限:小站为便携站或者车载站,则功率受限,受限功率为小站功放的最大输出功率。
7.根据权利要求1所述的一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法,其特征在于,所述的第四步中标定调制解调器中频出口至功放入口的馈线损耗设为L,查询产品的技术手册确定功放的增益设为G,并根据公式Pconfig=P2+L+G计算出调制解调器应当配置的发射功率Pconfig,完成小站发射功率的静态标定。
8.根据权利要求1所述的一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法,其特征在于,所述的第五步中主站将接收信噪比通过前向TDM信道实时发送给小站,小站以该信噪比为基准,进行动态功率控制,当发生雨衰或同转发器邻近设备上行发送功率升高时,通过增大业务信道的上行发送功率,维持主站下行接收信号的比特信噪比Eb/N0恒定,实现自动闭环调整本站发射功率。
9.根据权利要求1所述的一种FDMA系统星状网的返向功率控制方法,其特征在于,所述的第六步当转发器的有效全向辐射功率、接收系统的品质因数G/T,所述的G为天线增益,T为卫星接收系统的噪声温度以及单载波输入饱和通量密度等参数发生变化或用于通信的卫星发生改变后,需要重新标定各个小站功率参考值并更新网管中心数据库数据。
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