CN111355559B - 用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法。该编码控制方法用于基于相控阵天线的窄波束定向分发，包括如下步骤：确定天线增益，确定空间自由传播衰减，确定大气衰减，确定接收信号的符号信噪比，进行分发区域划分，确定分发区域的编码调制方式。本发明的用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法在对定向分发链路信道特性充分分析的基础上，建立分发指向、编码增益和信道传输容量间的量化关系，再基于信息的分发区域对分发区域进行划分并确定相应的编码调制方式，能显著地提升信道传输容量，无需构建反馈链路，系统复杂度低，易实现。

Description

用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法。

背景技术

随着航天技术的不断发展和商业航天的蓬勃兴起，越来越多的低轨星座投入建设使用，例如：“Oneweb”、“Starlink”、“鸿雁”、“吉林一号”等国内外一系列低轨星座，低轨星座主要用于为用户提供图像、视频、通信和导航增强等服务，而构建低轨卫星的天基平台与用户之间的信息分发链路是服务能力实现的首要保障；目前，天基平台对用户的信息分发方式主要有窄波束定向分发和宽波束广域广播两种；其中，窄波束定向分布通常采用基于相控阵天线的窄波束定向分发方式，该基于相控阵天线的窄波束定向分发方式的链路增益高、指向性好，可以通过波束捷变为不同用户提供个性化服务，可适用于数据传输速率和保密性能要求较高的场合。

目前在构建星地定向分发链路时，当星地定向分发链路的分发指向不同时，相对应的天线增益、传输路径长度和雨衰等情况各不相同。在传统的星地通信中，针对传输信道的变化，通常采用自适应编码的方法来提高频谱利用效率和信道容量；例如，参见《空间电子技术》杂志于2014年第1期第20-23页所公开的作者为杨新权、名称为《星载高速自适应传输技术研究》的技术文献，该技术文献公开了一种星载自适应传输方法，该方法在信道估计的基础上，通过反馈链路将信道状态实时回传给星载发射端，星载发射端根据信道状态来实时调整发射信号的编码和调制方式；该方案虽然能够充分利用低轨卫星在星地链路中传播距离变化带来的信道余量，提高数据传输的总量，但该方法需要构建反馈链路来回传信道状态，要求星地两端均具备收发功能，增加了系统复杂度，并且反馈链路也会增加额外的能量损耗。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法。

为此，本发明公开了一种用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法，所述编码控制方法用于基于相控阵天线的窄波束定向分发，包括如下内容：

确定天线增益：基于低轨卫星的天线波束指向，计算确定在给定的天线波束指向下的低轨卫星的定向发射天线的天线增益；

确定空间自由传播衰减：基于给定的天线波束指向、以及低轨卫星与地面用户之间的相对位置关系，计算确定信号从低轨卫星传播到地面用户的空间自由传播衰减；

确定大气衰减：基于给定的天线波束指向、以及低轨卫星与地面用户之间的相对位置关系，计算确定信号从低轨卫星传播到地面用户的大气衰减；

确定接收信号的符号信噪比：基于给定的天线波束指向，计算确定地面用户的接收信号的符号信噪比；

进行分发区域划分：根据接收信号的符号信噪比，将给定的天线波束指向所对应的分发区域划分为若干个子分发区域；

确定分发区域的编码调制方式：基于划分后的若干个子分发区域所对应的天线波束指向的俯仰角，确定各个子分发区域对应的符号信噪比，根据各个子分发区域对应的符号信噪比确定各个子分发区域的编码调制方式。

进一步地，在上述用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法中，设定天线波束指向的俯仰角和方位角分别为θ和

低轨卫星的定向发射天线的天线增益通过式3计算确定；

其中，G_t表示定向发射天线的天线增益，

表示相控阵天线的单元因子，

表示将相控阵天线的阵元因子。

进一步地，在上述用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法中，信号从低轨卫星传播到地面用户的空间自由传播衰减通过式6计算确定；

其中，L_s表示信号的空间自由传播衰减，π表示圆周率，c表示光速，L表示星地链路的空间传输距离，f表示信号的载波频率。

进一步地，在上述用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法中，星地链路的空间传输距离通过式5计算确定；

其中，L星地链路的空间传输距离，h表示低轨卫星的轨道高度，R表示地球半径。

进一步地，在上述用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法中，信号从低轨卫星传播到地面用户的大气衰减通过式7计算确定；

其中，L_c表示信号的大气衰减，R_rain表示一分钟降水量，L_rain表示信号在降水区的传播长度，g为与定向发射天线的极化方式和定向分发链路仰角相关的第一关系函数，χ为与定向发射天线的极化方式和定向分发链路仰角相关的第二关系函数。

进一步地，在上述用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法中，接收信号的符号信噪比通过式14计算确定；

E_s/N₀＝P_r-10lg(kB_nT)-10lg(1/T_s×B_n) (14)

其中，E_s/N₀表示接收信号的符号信噪比，P_r表示接收机的接收信号功率，k表示玻尔兹曼常数，T表示接收机所处空间环境的噪声温度，B_n表示信号带宽，T_s表示符号周期。

进一步地，在上述用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法中，采用最小均方差误差作为分发区域划分准则进行分发区域划分。

进一步地，在上述用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法中，采用最小均方差误差作为分发区域划分准则进行分发区域划分，包括如下步骤：

基于分发区域构建矩阵形式的误差性能函数；

基于分发区域的能量冗余和天线波束指向俯仰角的约束构建条件方程组；

根据接收信号的符号信噪比和矩阵形式的误差性能函数，求解条件方程组，确定分发区域的划分范围。

进一步地，在上述用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法中，矩阵形式的误差性能函数表示为：

式中，E[·]表示求均值函数，e(n)表示第n个子分发区域的能量冗余，E_s/N₀(θ)表示俯仰角θ对应的接收信号的符号信噪比，θ表示N个变量θ_n-1,n组成的矩阵，N表示子分发区域的数量，θ_n-1,n表示第n个子分发区域的天线波束指向俯仰角的范围值，[θ_n-1,θ_n]表示第n个子分发区域的天线波束指向俯仰角的范围，θ^H表示θ的转置矩阵，G表示N个变量G(n)组成的矩阵，G(n)表示第n个子分发区域的解调门限，

d^H表示d的转置矩阵，R＝E[GG^H]，G^H表示G的转置矩阵，n＝1,2,...N。

进一步地，在上述用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法中，条件方程组表示为：

式中，θ_all表示分发区域对应的天线波束指向的俯仰角。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法在对定向分发链路信道特性充分分析的基础上，建立分发指向、编码增益和信道传输容量间的量化关系，再基于信息的分发区域对分发区域进行划分并确定相应的编码调制方式，能显著地提升信道传输容量，无需构建反馈链路，系统复杂度低，易实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例的用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法的流程图；

图2为本发明一实施例的星地定向分发中卫星与地面用户的相对位置关系示意图；

图3为本发明一实施例的星地定向分发中天线波束指向与分发区域的对应关系示意图；

图4为本发明实施例1的符号信噪比与分发区域的对应关系示意图；

图5为本发明实施例1的天线波束指向与编码调制方式的关系示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

如附图1所示，本发明一实施例提供了一种用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法，该编码控制方法用于基于相控阵天线的窄波束定向分发，包括如下步骤：

确定天线增益：基于低轨卫星的天线波束指向，计算确定在给定的天线波束指向下的低轨卫星的定向发射天线的天线增益；

确定空间自由传播衰减：基于给定的天线波束指向、以及低轨卫星与地面用户之间的相对位置关系，计算确定信号从低轨卫星传播到地面用户的空间自由传播衰减；

确定大气衰减：基于给定的天线波束指向、以及低轨卫星与地面用户之间的相对位置关系，计算确定信号从低轨卫星传播到地面用户的大气衰减；

确定接收信号的符号信噪比：基于给定的天线波束指向，计算确定地面用户的接收信号的符号信噪比；

进行分发区域划分：根据接收信号的符号信噪比，将给定的天线波束指向所对应的分发区域划分为若干个子分发区域；

确定分发区域的编码调制方式：基于划分后的若干个子分发区域所对应的天线波束指向的俯仰角，确定各个子分发区域对应的符号信噪比，根据各个子分发区域对应的符号信噪比确定各个子分发区域的编码调制方式。

具体地，以下对本发明一实施例提供的用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法中的各个步骤进行具体说明。

在星地分发链路中，信号经发射机功率放大后进入天线，再经天线发送给地面用户接收机；设定：信号的发射功率大小为P_t，发射馈线损耗为L_t，定向发射天线的天线增益为G_t，星地链路空间传输距离为L，基于路径传输的空间自由传播衰减为L_s，大气云雨等造成的大气衰减为L_c，地面用户接收天线的天线增益为G_r，接收馈线损耗为L_r；则到达地面用户接收机的信号功率P_r可表示为：

P_r＝P_t+G_t-L_t-L_s-L_c+G_r-L_r(1)

其中，发射馈线损耗L_t和接收馈线损耗L_r均为固定值，可通过特定仪器精确标定，定向分发链路的信号发射功率P_t根据实际情况进行选定，也为固定值，地面接收天线的接收增益G_r根据地面接收天线的类型确定，例如地面接收天线采用机械扫描天线时，接收增益G_r也为固定值。

(1)确定天线增益

当采用相控阵天线进行定向分发时，天线波束指向不同，定向发射天线的天线增益也不同；本发明一实施例中，天线波束指向采用俯仰角θ和方位角

表示，俯仰角θ和方位角

通过式2计算；

式中，(X_s，Y_s，Z_s)表示低轨卫星在地心惯性坐标下的坐标，(X_a，Y_a，Z_a)表示地面接收机在地心惯性坐标系下的坐标。

基于给定的天线波束指向，低轨卫星的定向发射天线的天线增益可通过式3计算，

式中，G_t表示定向发射天线的天线增益，

表示相控阵天线中单个阵元的增益，即单元因子，

表示将多个阵元组成阵列所产生的增益，即阵元因子，单元因子由相控阵天线的结构形式确定，阵元因子由相控阵天线的结构形式和天线波束指向确定；例如，设定：相控阵为均匀分布的、相邻两个阵元间距为二分之一波长的N×N二维相控阵，则阵元因子

可表示为：

式中，α和β表示相位控制量，π表示圆周率，θ和

表示天线波束指向的俯仰角和方位角；对于相控阵天线，若给定俯仰角和方位角为

为给定方向

上获得波束最大值，

β＝πsinθ_B。

基于上述分析，在相控阵天线的结构形式确定的情况下，定向发射天线的天线增益G_t由天线波束指向确定。

(2)确定空间自由传播衰减

图2为本发明一实施例的星地定向分发中卫星与地面用户的相对位置关系示意图；如附图2所示，设定：低轨卫星的定向发射天线对地安装，天线法线方向(即天线的Z轴)始终指向地心O，天线的X轴指向低轨卫星的前进方向，天线的Y轴与X轴、Z轴构成右手直角坐标系，低轨卫星的轨道高度为h，地球半径为R；根据三角函数关系，星地链路的空间传输距离L可通过式5确定；

式中，θ表示天线波束指向的俯仰角。

进一步地，设定信号的载波频率为f，信号的空间自由传播衰减可通过式6确定；

式中，L_s表示信号的空间自由传播衰减，π表示圆周率，c表示光速，L表示星地链路的空间传输距离。

基于上述分析，在低轨卫星的轨道高度和信号的载波频率确定的情况下，信号的空间自由传播衰减L_s由天线波束指向的俯仰角确定。

(3)确定大气衰减

星地分发链路中除了考虑空间自由传播因素造成的信号的空间自由传播衰减外，还需要考虑大气吸收和降雨等因素造成的信号的大气衰减；例如对于Ka/Ku等高频段的星地通信中，大气吸收和降雨等造成的信号衰减达10dB以上。

本发明一实施例中，基于ITU-R给出的雨衰计算的预测模型，计算确定信号从低轨卫星传播到地面用户的大气衰减；

具体地，信号的大气衰减可通过式7计算；

式中，L_c表示信号的大气衰减，R_rain表示一分钟降水量，L_rain表示信号在降水区的传播长度，g为与定向发射天线的极化方式和定向分发链路仰角相关的第一关系函数，χ为与定向发射天线的极化方式和定向分发链路仰角相关的第二关系函数，g和χ可通过式8及式9计算确定；

g＝[k_H+k_V+(k_H-k_V)cos²φcos2τ]/2 (8)

χ＝[k_Hα_H+k_Vα_V+(k_Hα_H+k_Vα_V)cos²φcos2τ]/2 (9)

式中，τ表示天线采用不同极化方式时对应的极化角，φ表示地面接收机天线仰角，k_H、k_V、α_H和α_V均表示与信号频率相关的关系函数，k_H、k_V、α_H和α_V可以根据国际电信联盟参数规定进行确定。

其中，地面接收机天线仰角φ可通过式10计算确定；

式中，h表示低轨卫星的轨道高度，R表示地球半径，θ表示天线波束指向的俯仰角。

进一步地，设定：地面用户距离地面的高度为h_S，云层高度为h_R，信号在降水区的传播长度L_rain可通过式11计算确定；

式中，φ表示地面接收机天线仰角。

基于上述分析，在信号频率、天线的极化方式、降水率、云层高度、以及低轨卫星与地面用户的相对位置关系确定的情况下，信号的大气衰减L_c由天线波束指向的俯仰角确定。

(4)确定接收信号的符号信噪比

接收信号的符号信噪比指的是一个符号周期内信号平均能量与噪声能量比，符号信噪比可通过式12计算确定；

E_s/N₀＝SNR-10lg(1/T_s×B_n) (12)

式中，E_s/N₀表示接收信号的符号信噪比，E_s表示一个符号的信号平均能量，N₀表示噪声的功率谱密度，SNR表示接收信号的信噪比，B_n表示信号带宽，T_s表示符号周期。

接收信号的信噪比SNR可通过式13计算确定；

SNR＝P_r-10lg(kB_nT) (13)

式中，P_r表示接收机的接收信号功率，k表示玻尔兹曼常数，T表示接收机所处空间环境的噪声温度。

根据式12和式13，符号信噪比E_s/N₀可表示为：

E_s/N₀＝P_r-10lg(kB_nT)-10lg(1/T_s×B_n) (14)。

基于上述分析，在相控阵天线的结构形式、信号的载波频率、天线的极化方式、降水率、云层高度、信号频率、以及低轨卫星与地面用户的相对位置关系确定的情况下，接收机的接收信号功率P_r由天线波束指向确定；相应地，每个给定的天线波束指向都有相对应的接收信号的符号信噪比。

(5)进行分发区域划分

低轨卫星在进行定向分发时，接收信号的信噪比E_s/N₀基于低轨卫星的天线波束指向有定量描述的几何分布，基于定量描述的几何分布，可以对低轨卫星的分发区域进行区域分割。

具体地，如附图3所示，假设：天线波束在俯仰方向的扫描范围为±60°；当天线波束指向俯仰角为θ时，单个波束对应的覆盖范围如图3中的黑色阴影部分，在相同的俯仰角θ下，波束方位角在0°～360°范围内，形成一个环状区域，如图3中的网格状区域，在该环状区域内，可以得到对应的接收信号的符号信噪比E_s/N₀(θ)；如此，以星下点(即天线波束指向俯仰角为0时所对应的地面位置)为中心，根据不同天线波束指向俯仰角对应的接收信号的符号信噪比，将分发区域划分多个不同的子分发区域。

(6)确定分发区域的编码调制方式

设定：将分发区域划分为N个不同的子分发区域，每个子分发区域对应的天线波束指向俯仰角范围分别为θ_0,1,θ_1,2,…,θ_n-1,n,…,θ_N-1,N，θ_n-1,n对应第n个子分发区域的天线波束指向俯仰角的范围为[θ_n-1,θ_n](n＝1,2···N)，每个子分发区域对应一种编码调制方式，且相对应的解调门限分别为G(1),G(2),…,G(n),…,G(N)；则在第n(n＝1,2…N)个子分发区域内，若要正确解调信号，需满足：G(n)≤E_s/N₀(θ) θ_n-1≤θ＜θ_n (15)。

其中，为了提升传输能量的利用率，要求每个子分发区域所选定的编码调制方式能够使能量冗余最小；对于第n个子分发区域，能量冗余e(n)可通过式16计算确定；

式中，θ_n-1,n＝θ_n-1-θ_n。

为确保划分后的N个子分发区域内的总能量冗余最小，本发明一实施例中，采用最小均方差误差(MMSE)作为分发区域划分准则。

具体地，采用最小均方差误差作为分发区域划分准则进行分发区域划分时，包括如下步骤：

构建矩阵形式的误差性能函数，得到下述式17；

式中，E[·]表示求均值函数，θ表示N个变量θ_n-1,n组成的矩阵，θ^H表示θ的转置矩阵，G表示N个变量G(n)组成的矩阵，

d^H表示d的转置矩阵，R＝E[GG^H]，G^H表示G的转置矩阵。

基于分发区域的能量冗余和天线波束指向俯仰角的约束构建条件方程组，得到下述方程组18，

式中，θ_all表示分发区域对应的天线波束指向的俯仰角；

基于式17，联立式14，对方程组18进行求解，可以得到分发区域划分范围θ的最优解；

根据式14和式17-18，计算可得基于给定的分发区域对应的天线波束指向所划分的N个子分发区域，从而根据链路预算得到每个子分发区域对应的符号信噪比，根据确定的符号信噪比确定每个子分发区域对应的编码调制方式。

为使本发明的上述技术方案更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，并对本发明一实施例提供的用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法的效能进行验证分析；

实施例1

设定：卫星轨道高度为500公里，对地分发工作频段为30GHz，卫星发射功率为1W，发射馈线损耗为4dB，地面用户接收天线增益为3dB，接收馈线损耗为4dB，采用64阵元相控阵天线，法线方向天线增益为24dB，波束扫描时，有效辐射口径等于波束等相位面；则天线增益G_t可表示为：G_t＝24+10lg(cos(θ)) (19)；

设定：波束覆盖区域内均匀降雨，法线方向雨衰值为6dB；则信号的大气衰减L_c可表示为：L_c＝6-10lg(cos(θ)) (20)；

同时，根据上述设定的参数利用式5和式6计算确定信号的空间自由传播衰减L_s，从而得到每个天线波束指向所对应的接收机的接收信号功率P_r。

进一步地，设定：符号速率为10bps，每个符号4倍采样，采样频率为40Kbps，对于实信号，信号带宽为采样频率的2倍，即B_n为80KHz，接收机噪声温度为300K；基于上述设定，可得如图4所示的符号信噪比E_s/N₀与分发区域的对应关系；其中，为确保链路传输稳定，进行接收信号的符号信噪比E_s/N₀计算时将链路裕量设定为5dB。

进一步地，编码的解调门限G(n)采用现有的DVB-S2标准，分发区域划分如图5所示；以A点为例，对应的天线波束指向俯仰角为17°，此时根据链路预算得到的E_s/N₀为10.98dB，满足8PSK9/10编码的要求，则当0°＜θ＜17°时，可以采用8PSK9/10编码；同理，可以得到满足8PSK5/6、8PSK2/3、QPSK4/5、QPSK3/5、QPSK2/5、QPSK1/4对应的天线波束指向俯仰角θ为29°、41°、47°、53°和58°，具体的分发区域与编码调制方式的对应关系如表1所示；

表1(分发区域与编码调制方式的对应关系表)

根据表1可知，相较于采用单一的QSPK1/4编码调制方式，将分发区域进行划分多个子分发区域，并对每个不同的子分发区域采用不同的编码调制方式，能够有效地提高编码效率。

具体地，相较于采用单一的编码调制方式，本发明实施例1的编码效率的提升倍数ξ可以通过式21计算确定；

式中，N表示子分发区域的数量，θ_n表示第n个子分发区域的俯仰角范围，η_n表示第n个子分发区域的编码效率，η₀表示采用单一的QSPK1/4编码调制方式对应的编码效率。

进一步地，将本发明实施例1的编码控制方法与现有技术的星载自适应传输方法进行仿真对比，可得到如表2所示的对比结果；

表2(对比结果表)

可见，本发明一实施例提供的用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法在对定向分发链路信道特性充分分析的基础上，建立分发指向、编码增益和信道传输容量间的量化关系，再基于信息的分发区域对分发区域进行划分并确定相应的编码调制方式，能显著地提升信道传输容量，无需构建反馈链路，系统复杂度低，易实现。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法，其特征在于，所述编码控制方法用于基于相控阵天线的窄波束定向分发，包括如下内容：

确定天线增益：基于低轨卫星的天线波束指向，计算确定在给定的天线波束指向下的低轨卫星的定向发射天线的天线增益；

确定空间自由传播衰减：基于给定的天线波束指向、以及低轨卫星与地面用户之间的相对位置关系，计算确定信号从低轨卫星传播到地面用户的空间自由传播衰减；

确定大气衰减：基于给定的天线波束指向、以及低轨卫星与地面用户之间的相对位置关系，计算确定信号从低轨卫星传播到地面用户的大气衰减；

确定接收信号的符号信噪比：基于给定的天线波束指向，计算确定地面用户的接收信号的符号信噪比；

进行分发区域划分：根据接收信号的符号信噪比，将给定的天线波束指向所对应的分发区域划分为若干个子分发区域；

确定分发区域的编码调制方式：基于划分后的若干个子分发区域所对应的天线波束指向的俯仰角，确定各个子分发区域对应的符号信噪比，根据各个子分发区域对应的符号信噪比确定各个子分发区域的编码调制方式；

其中，采用最小均方差误差作为分发区域划分准则进行分发区域划分，并包括如下步骤：

基于分发区域构建矩阵形式的误差性能函数，所述误差性能函数表示为式17：

式中，E[·]表示求均值函数，e(n)表示第n个子分发区域的能量冗余，E_s/N₀(θ)表示天线波束指向俯仰角θ对应的接收信号的符号信噪比，θ表示N个变量θ_n-1,n组成的矩阵，N表示子分发区域的数量，θ_n-1,n表示第n个子分发区域的天线波束指向俯仰角的范围值，[θ_n-1,θ_n]表示第n个子分发区域的天线波束指向俯仰角的范围，θ^H表示θ的转置矩阵，G表示N个变量G(n)组成的矩阵，G(n)表示第n个子分发区域的解调门限，

d^H表示d的转置矩阵，R＝E[GG^H]，G^H表示G的转置矩阵，n＝1,2,…N；

基于分发区域的能量冗余和天线波束指向俯仰角的约束构建条件方程组，所述条件方程组表示为式18：

式中，θ_all表示分发区域对应的天线波束指向的俯仰角；

根据接收信号的符号信噪比和矩阵形式的误差性能函数，求解条件方程组，确定分发区域的划分范围。

2.根据权利要求1所述的用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法，其特征在于，设定天线波束指向的俯仰角和方位角分别为θ和

低轨卫星的定向发射天线的天线增益通过式3计算确定；

其中，G_t表示定向发射天线的天线增益，

表示相控阵天线的单元因子，

表示将相控阵天线的阵元因子。

3.根据权利要求2所述的用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法，其特征在于，信号从低轨卫星传播到地面用户的空间自由传播衰减通过式6计算确定；

其中，L_s表示信号的空间自由传播衰减，π表示圆周率，c表示光速，L表示星地链路的空间传输距离，f表示信号的载波频率。

4.根据权利要求3所述的用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法，其特征在于，星地链路的空间传输距离通过式5计算确定；

其中，L星地链路的空间传输距离，h表示低轨卫星的轨道高度，R表示地球半径。

5.根据权利要求4所述的用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法，其特征在于，信号从低轨卫星传播到地面用户的大气衰减通过式7计算确定；

其中，L_c表示信号的大气衰减，R_rain表示一分钟降水量，L_rain表示信号在降水区的传播长度，g为与定向发射天线的极化方式和定向分发链路仰角相关的第一关系函数，χ为与定向发射天线的极化方式和定向分发链路仰角相关的第二关系函数。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法，其特征在于，接收信号的符号信噪比通过式14计算确定；

E_s/N₀＝P_r-10lg(kB_nT)-10lg(1/T_s×B_n) (14)

其中，E_s/N₀表示接收信号的符号信噪比，P_r表示接收机的接收信号功率，k表示玻尔兹曼常数，T表示接收机所处空间环境的噪声温度，B_n表示信号带宽，T_s表示符号周期。

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