CN112533271B

CN112533271B - 一种卫星通信模组发射功率自适应控制方法及装置

Info

Publication number: CN112533271B
Application number: CN202011362200.3A
Authority: CN
Inventors: 周昭辉; 刘辉; 姜涛
Original assignee: Hubei Sanjiang Space Xianfeng Electronic&information Co ltd
Current assignee: Hubei Sanjiang Space Xianfeng Electronic&information Co ltd
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2040-11-27
Also published as: CN112533271A

Abstract

本发明公开了一种卫星通信模组发射功率自适应控制方法及装置。该方法包括步骤：建立驱动电路的功率补偿表；检测功率放大器的发射功率；获取所述卫星通信模组自身位置和本地时间信息；搜索指定卫星，获取所述指定卫星的位置信息、速度信息以及上行信号发射功率参数；计算所述卫星通信模组与所述指定卫星之间的相对位置；计算所述指定卫星的下行信号载噪比；根据所述功率补偿表、所述功率放大器的发射功率、所述上行信号发射功率参数、所述下行信号信噪比和所述相对位置调整卫星通信模组的发射功率。本发明综合利用多种信息自适应调整卫星通信模组的发射功率，可以提高卫星通信模组的工作时间和使用寿命。

Description

一种卫星通信模组发射功率自适应控制方法及装置

技术领域

本发明属于航天发射与应用技术领域，更具体地，涉及一种卫星通信模组发射功率自适应方法及装置。

背景技术

在卫星通信领域，由于受云雾雨雪天气条件的影响，会使卫星移动通信接收端接收到的信号电平存在较大的波动，若不对发射信号进行调整，则需要信号接收端的接收机具有较大的接收信号动态范围以及较高的信号接收灵敏度，对接收机的要求较高。

但是，相对于地面接收机而言，星载接收机由于受安装空间、功耗、接收通道数等资源的影响，不可能拥有像地面站接收机一样的硬件资源和整机性能。

因此，卫星移动通信中地面发射设备都会对发射功率进行一定的控制，采用的通用方法如下：①利用接收下来的卫星信标强度变化控制上行功率控制器中频单元的增益和衰减量，从而相应地改变上变频的中频输入电平，最终控制功放的输出功率，该方法会受信标稳定性以及下行链路稳定性影响，环节较多，控制精度一般；②直接测量上行链路中的大气噪声温度，进而计算上行链路衰减量，再对发射功率进行控制，该需要使用单独的小口径天线卫星进行测量，对于卫星通信模组的终端客户来说，实现方法较为困难且不现实。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种卫星通信模组发射功率自适应控制装置，自适应调整通信模组的发射功率，提高卫星通信模组的工作时间和使用寿命。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种卫星通信模组发射功率自适应控制方法，应用于卫星通信模组，所述卫星通信模组包括串联的驱动电路和功率放大器，该方法包括步骤：

建立所述驱动电路的功率补偿表，所述功率补偿表记录了将所述驱动电路的发射功率调整到预设基础发射功率的功率补偿策略；

检测所述功率放大器的发射功率；

获取所述卫星通信模组自身位置和本地时间信息；

搜索指定卫星，对所述指定卫星的卫星信号进行捕获和跟踪，解析所述指定卫星的下行星历信息，所述下行星历信息包括所述指定卫星的位置信息、速度信息以及上行信号发射功率参数；

根据所述卫星通信模组自身位置和本地时间信息、以及所述下行星历信息中卫星的位置信息和速度信息，计算所述卫星通信模组与所述指定卫星之间的相对位置；

捕获所述指定卫星向地面发射的下行卫星信号，计算所述指定卫星的下行信号载噪比；

根据所述功率补偿表、所述功率放大器的发射功率、所述上行信号发射功率参数、所述下行信号信噪比和所述相对位置调整卫星通信模组的发射功率。

优选的，所述功率补偿表记录了不同发射信号频点和速率下将所述驱动电路的发射功率调整到预设基础发射功率的功率补偿策略。

优选的，所述上行信号发射功率参数为最大发射功率控制策略或自适应发射功率控制策略中的一种。

优选的，若所述上行信号发射功率参数为最大发射功率控制策略，则根据所述功率补偿表将所述驱动电路的发射功率调整到预设基础发射功率，并根据所述功率放大器的发射功率调整所述功率放大器的驱动电压，以保证所述功率放大器工作在线性区域，并且保证所述功率放大器的发射功率大于或等于预设的系统需求最大发射功率。

优选的，若所述上行信号发射功率参数为自适应发射功率控制策略，则根据所述功率补偿表将所述驱动电路的发射功率调整到预设基础发射功率，根据所述功率放大器的发射功率、所述下行信号信噪比和所述相对位置调整所述功率放大器的驱动电压。

优选的，所述计算所述卫星通信模组与所述指定卫星之间的相对位置具体是：采用GPS系统采用的位置系统和时间系统来计算所述卫星通信模组与所述指定卫星之间的距离和俯仰角。

按照本发明的第二方面，提供了一种卫星通信模组发射功率自适应控制装置，应用于卫星通信模组，所述卫星通信模组包括串联的驱动电路和功率放大器，包括：

功率补偿表模块，用于建立所述驱动电路的功率补偿表，所述功率补偿表记录了将所述驱动电路的发射功率调整到预设基础发射功率的功率补偿策略；

发射功率反馈模块，用于检测所述功率放大器的发射功率；

卫星通信模组信息获取模块，用于获取所述卫星通信模组自身位置和本地时间信息；

卫星信息获取模块，用于搜索指定卫星，对所述指定卫星的卫星信号进行捕获和跟踪，解析所述指定卫星的下行星历信息，所述下行星历信息包括所述指定卫星的位置信息、速度信息以及上行信号发射功率参数；

相对位置获取模块，用于根据所述卫星通信模组自身位置和本地时间信息、以及所述下行星历信息中卫星的位置信息和速度信息，计算所述卫星通信模组与所述指定卫星之间的相对位置；

下行信号载噪比获取模块，用于捕获所述指定卫星向地面发射的下行卫星信号，计算所述指定卫星的下行信号载噪比；

控制模块，用于根据所述功率补偿表、所述功率放大器的发射功率、所述上行信号发射功率参数、所述下行信号信噪比和所述相对位置调整卫星通信模组的发射功率。

总体而言，本发明与现有技术相比，具有有益效果：充分综合卫星下行信号载噪比、通信模组自身信息以及卫星与卫星通信模组之间相位位置等多种信息，实现一种卫星通信模组发射功率自适应控制，在基准发射功率的基础上进行发射功率的调整，在满足地面设备与卫星之间的通信需求的前提下，可有效减少卫星通信模组额外发射功率的损耗，减少设备间的信号干扰，降低地面设备功耗，延长终端设备的工作时间和使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例的卫星通信模组发射功率自适应控制原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例的一种卫星通信模组发射功率自适应控制方法，应用于卫星通信模组，该卫星通信模组包括串联的驱动电路和功率放大器，功率放大器将驱动电路产生的信号进行功率放大。

该控制方法包括：

步骤1，建立驱动电路的功率补偿表，功率补偿表记录了将驱动电路的发射功率调整到预设基础发射功率的功率补偿策略；

步骤2，检测功率放大器的发射功率；

步骤3，获取卫星通信模组自身位置和本地时间信息；

步骤4，搜索指定卫星，对指定卫星的卫星信号进行捕获和跟踪，解析指定卫星的下行星历信息，下行星历信息包括指定卫星的位置信息、速度信息以及上行信号发射功率参数；

步骤5，根据卫星通信模组自身位置和本地时间信息、以及下行星历信息中卫星的位置信息和速度信息，计算卫星通信模组与指定卫星之间的相对位置；

步骤6，捕获指定卫星向地面发射的下行卫星信号，计算指定卫星的下行信号载噪比；

步骤7，根据功率补偿表、功率放大器的发射功率、上行信号发射功率参数、下行信号信噪比和相对位置调整卫星通信模组的发射功率。

下面具体说明每个步骤的优选实现方式。

在实际应用中，由于生产组装过程中的差异，可能导致同一产品的初始发送功率不相同。因此步骤1中，通过测试和试验，针对每一台卫星通信模组建立基础功率补偿表，以将卫星通信模组的驱动电路的发射功率调整到预设基础发射功率，解决驱动电路不一致的问题。

因卫星通信模组上行信号的发射功率与发射信号的频点、速率和驱动电路的差异性有关系，因此建立功率补偿表，功率补偿表记录了不同发射信号频点和速率下将驱动电路的发射功率调整到预设基础发射功率的功率补偿策略。表1是一个功率补偿表示例。

表1功率补偿表示例

步骤2中，因功率放大模块利用不同的电压驱动，其放大参数的线性区域和最大发射功率都会有所变化，通过增加上行发射功率的反馈电路，检测当前发射功率，若发射功率不同于系统预期，则可通过调整功放模块的驱动电压，确保功放模块工作在其线性放大区内，可保证其工作在其工作在线性区域，避免因驱动电压不合适造成的发射功率不够、功耗增加等问题，确保功放模块性能最优化，模组调整电压的范围是3.3V～4V。

具体方法如下：首先自测最大发射功率，若不满足系统需求Pmax，则提升驱动电压，直至最大发射功率≥Pmax，则证明功放模块的最大发射功率可满足系统要求，而在选用自适应发射功率策略时，实际发射功率则＜Pmax。

步骤3中，卫星通信模组可通过两种方式中的任意一种获取卫星通信模组的位置和本地时间信息：

方式一：通过用户终端获取。应用时，卫星通信模组是用户终端的一个核心模块，用户终端可增加GPS/BDS接收机，若用户终端在固定位置，则只需手动输入地址信息，并增加时间维持模块即可获取通信模组的位置和本地时间信息。

方式二，在卫星通信模组上增加GPS/BDS接收机，可实时获取模组的位置和本地时间信息。

步骤4中，根据不同卫星的不同扩频码，搜索行云可见卫星，对卫星信号进行精准捕获和跟踪，解析卫星下行星历信息，下行星历信息包括卫星的位置和速度信息、上行信号发射功率等参数。

行云卫星系统不同的卫星是通过不同的扩频码进行区别，即码分多址，每一个码对应一个卫星编号，因此捕获卫星时，需指定卫星号，可根据手动设置所捕获的卫星号，或者遍历每颗卫星，直至捕获到可见卫星。行云卫星系统通常每5s下发一组卫星下行星历信息，下行星历信息主要包括卫星的位置、速度等信息以及卫星通信模组的上行信号发射功率参数。

优选的，上行信号发射功率参数为最大发射功率控制策略或自适应发射功率控制策略中的一种。

步骤5中，根据步骤3获取的卫星通信模组自身位置和本地时间信息以及步骤4中获取的卫星的位置信息和速度信息，可计算卫星通信模组与卫星之间的距离L₁和俯仰角α，L₁获取下行星历信息时卫星通信模组和指定卫星的距离。因行云卫星采用的位置系统和时间系统与GPS系统采用的位置系统和时间系统相同，因此，可按照GPS系统的方法计算卫星与模组之间的距离和俯仰角。

步骤6中，根据捕获卫星的下行信号计算卫星信号的载噪比信息。

因卫星向地面发射的下行卫星信号的发射功率保持不变，而地面不同位置的模组接收到的卫星信号功率因天气、地理位置等原因而各不相同。下行信号的载噪比信息CRN，可直接反应卫星下行信号的衰减值P_下衰减＝P_基准-CRN，同时计算出模组与卫星之间的距离L₂。这是因为卫星并非是固定不变的，而是在运动的，距离L2捕获下行信号时刻卫星通信模组和指定卫星的距离。

步骤7中，根据步骤4获取的上行信号发射功率参数进行发射功率控制。

若上行信号发射功率参数为最大发射功率控制策略，则根据功率补偿表将驱动电路的发射功率调整到预设基础发射功率，并根据功率放大器的发射功率调整功率放大器的驱动电压，以保证功率放大器工作在线性区域，并且保证功率放大器的发射功率大于或等于预设的系统需求最大发射功率。

若上行信号发射功率参数为自适应发射功率控制策略，则根据功率补偿表将驱动电路的发射功率调整到预设基础发射功率，根据功率放大器的发射功率、下行信号信噪比和相对位置调整功率放大器的驱动电压。

本发明实施例中，在发射功率自适应补偿过程中，步骤1解决了驱动电路的驱动功率因功模组基带和驱动电路的差异而造成的不一致性。步骤2解决了因功放模块的差异而造成的发射功率的非线性，即保证了最大发射功率和自适应发射功率的可控性。因下行信息中包含的位置信息每5s更新一次，所以获取模组的本地时间可根据卫星的位置信息和速度信息推测上行信号发射时刻的卫星位置，获取本地位置信息，可计算出上行信号发射时刻卫星通信模组与卫星的相对位置，根据行云系统给出的自适应功率与俯仰角、信息发射速率的关系，进行发射功率的补偿调整，并可根据距离信息和步骤六中获取的下行信号在空间的衰减值，计算出上行信号在空间的衰减值P_上衰减＝P_下衰减/L₁*L₂。将根据步骤1和2的参数调整后的发射功率记为P_发射，将根据衰减值调整确定的发射功率记为P’_发射，满足P’_发射＝P_发射+P_上衰减。某一发射频点下俯仰角与发射功率补偿值的关系，如表2所示。某一发射频点下行信号载噪比、发射频点和信息发射速率的关系，调整后最终发射功率记为P_上行，如表3所示。

表2为上行发射功率补偿值示例

俯仰角α	发射功率补偿值C
		0°	5.73
10°	6.01
		15°	5.62
……	……
		90°	0

表3功率自适应策略示例

下行信号载噪比CRN	速率kbps	上行发射功率P<sub>上行</sub>
			CRN≤0	2.4	P<sub>上行</sub>＝P’<sub>发射</sub>
0<CRN≤3	2.4	P<sub>上行</sub>＝P’<sub>发射</sub>+C-0
			3<CRN≤6	2.4	P<sub>上行</sub>＝P’<sub>发射</sub>+C-3
6<CRN≤9	4.8	P<sub>上行</sub>＝P’<sub>发射</sub>+C-6
			9<CRN	9.6	P<sub>上行</sub>＝P’<sub>发射</sub>+C-6

发明实施例的一种卫星通信模组发射功率自适应控制装置，应用于卫星通信模组，卫星通信模组包括串联的驱动电路和功率放大器，包括：

功率补偿表模块，用于建立驱动电路的功率补偿表，功率补偿表记录了将驱动电路的发射功率调整到预设基础发射功率的功率补偿策略；

发射功率反馈模块，用于检测功率放大器的发射功率；

卫星通信模组信息获取模块，用于获取卫星通信模组自身位置和本地时间信息；

卫星信息获取模块，用于搜索指定卫星，对指定卫星的卫星信号进行捕获和跟踪，解析指定卫星的下行星历信息，下行星历信息包括指定卫星的位置信息、速度信息以及上行信号发射功率参数；

相对位置获取模块，用于根据卫星通信模组自身位置和本地时间信息、以及下行星历信息中卫星的位置信息和速度信息，计算卫星通信模组与指定卫星之间的相对位置；

下行信号载噪比获取模块，用于捕获指定卫星向地面发射的下行卫星信号，计算指定卫星的下行信号载噪比；

控制模块，用于根据功率补偿表、功率放大器的发射功率、上行信号发射功率参数、下行信号信噪比和相对位置调整卫星通信模组的发射功率。

装置的实现原理、技术效果与上述方法类似，此处不再赘述。

必须说明的是，上述任一实施例中，方法并不必然按照序号顺序依次执行，只要从执行逻辑中不能推定必然按某一顺序执行，则意味着可以以其他任何可能的顺序执行。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种卫星通信模组发射功率自适应控制方法，应用于卫星通信模组，所述卫星通信模组包括串联的驱动电路和功率放大器，其特征在于，包括步骤：

检测所述功率放大器的发射功率；

获取所述卫星通信模组自身位置和本地时间信息；

2.如权利要求1所述的一种卫星通信模组发射功率自适应控制方法，其特征在于，所述功率补偿表记录了不同发射信号频点和速率下将所述驱动电路的发射功率调整到预设基础发射功率的功率补偿策略。

3.如权利要求1所述的一种卫星通信模组发射功率自适应控制方法，其特征在于，所述上行信号发射功率参数为最大发射功率控制策略或自适应发射功率控制策略中的一种。

4.如权利要求3所述的一种卫星通信模组发射功率自适应控制方法，其特征在于，若所述上行信号发射功率参数为最大发射功率控制策略，则根据所述功率补偿表将所述驱动电路的发射功率调整到预设基础发射功率，并根据所述功率放大器的发射功率调整所述功率放大器的驱动电压，以保证所述功率放大器工作在线性区域，并且保证所述功率放大器的发射功率大于或等于预设的系统需求最大发射功率。

5.如权利要求3所述的一种卫星通信模组发射功率自适应控制方法，其特征在于，若所述上行信号发射功率参数为自适应发射功率控制策略，则根据所述功率补偿表将所述驱动电路的发射功率调整到预设基础发射功率，根据所述功率放大器的发射功率、所述下行信号信噪比和所述相对位置调整所述功率放大器的驱动电压。

6.如权利要求1所述的一种卫星通信模组发射功率自适应控制方法，其特征在于，所述计算所述卫星通信模组与所述指定卫星之间的相对位置具体是：采用GPS系统采用的位置系统和时间系统来计算所述卫星通信模组与所述指定卫星之间的距离和俯仰角。

7.一种卫星通信模组发射功率自适应控制装置，应用于卫星通信模组，所述卫星通信模组包括串联的驱动电路和功率放大器，其特征在于，包括：

发射功率反馈模块，用于检测所述功率放大器的发射功率；

8.如权利要求7所述的一种卫星通信模组发射功率自适应控制装置，其特征在于，所述功率补偿表记录了不同发射信号频点和速率下将所述驱动电路的发射功率调整到预设基础发射功率的功率补偿策略。

9.如权利要求7所述的一种卫星通信模组发射功率自适应控制装置，其特征在于，所述上行信号发射功率参数为最大发射功率控制策略或自适应发射功率控制策略中的一种。

10.如权利要求7所述的一种卫星通信模组发射功率自适应控制装置，其特征在于，所述计算所述卫星通信模组与所述指定卫星之间的相对位置具体是：采用GPS系统采用的位置系统和时间系统来计算所述卫星通信模组与所述指定卫星之间的距离和俯仰角。