CN112910583A

CN112910583A - 干扰能量的确定方法和装置

Info

Publication number: CN112910583A
Application number: CN202110138923.3A
Authority: CN
Inventors: 靳瑾; 李灵慧; 匡麟玲
Original assignee: Shanghai Qingshen Technology Development Co ltd; Tsinghua University
Current assignee: Shanghai Qingshen Technology Development Co ltd; Tsinghua University
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2021-06-04
Anticipated expiration: 2041-02-01
Also published as: CN112910583B

Abstract

本发明提供了一种干扰能量的确定方法和装置，涉及卫星通信的技术领域，包括：先获取目标卫星的波束覆盖范围内建筑的坐标信息，并根据建筑的坐标信息对建筑进行聚类，得到多个聚类簇；其中，每个聚类簇均对应一个辐射单元；然后确定每个辐射单元在目标方向上的辐射能量；其中，目标方向表示辐射单元指向目标卫星的方向；最后根据辐射能量确定所有辐射单元对目标卫星产生的干扰总能量。本发明在计算所有辐射单元对目标卫星产生的干扰总能量时，考虑到目标卫星的波束覆盖范围内建筑的集聚特征，能够得到准确性高的所有辐射单元对目标卫星的干扰总能量。

Description

干扰能量的确定方法和装置

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其是涉及一种干扰能量的确定方法和装置。

背景技术

在地面网络设备对卫星的干扰场景中，由于卫星的波束覆盖范围一般较大，对卫星造成干扰的地面网络设备的数量较多，因此现有技术常常采用等效的方法分析地面网络设备对卫星的干扰。现有技术在对卫星的干扰能量进行确定时，普遍的具体操作方法为：根据地面网络设备的一般分布密度以及局部区域面积，计算局部区域少数地面设备的集总干扰，按比例多次仿真少数地面网络设备对卫星的干扰能量，多次仿真结果之和等价为卫星波束覆盖内的所有地面网络设备对卫星产生的干扰能量。

现有技术在确定卫星的干扰能量时，将地面网络设备分布密度不同的区域对卫星的干扰视为相同的干扰能量，不符合实际情况，因此导致最终得到的干扰能量不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种干扰能量的确定方法和装置，以缓解现有技术中存在的因将地面网络设备分布密度不同的区域对卫星的干扰视为相同的干扰能量，不符合实际情况、导致最终得到的干扰能量不准确的技术问题。

第一方面，本发明提供的一种干扰能量的确定方法，其中，包括：获取目标卫星的波束覆盖范围内建筑的坐标信息，并根据所述建筑的坐标信息对所述建筑进行聚类，得到多个聚类簇；其中，每个所述聚类簇均对应一个辐射单元；确定每个所述辐射单元在目标方向上的辐射能量；其中，所述目标方向表示所述辐射单元指向所述目标卫星的方向；根据所述辐射能量确定所有所述辐射单元对所述目标卫星产生的干扰总能量。

进一步的，在根据所述建筑的坐标信息对所述建筑进行聚类，得到多个聚类簇之后，方法还包括：计算所述聚类簇的簇中心位置信息，并将所述簇中心位置信息确定为所述辐射单元的位置信息；查找所述聚类簇内建筑的属性信息；其中，所述属性信息包括以下至少之一：建筑种类、建筑数量、建筑所在城市的人口分布特征和不同时段内的建筑人流量变化信息；根据所述属性信息确定所述辐射单元的规模；其中，所述辐射单元的规模用于表示所述辐射单元内地面网络设备的数量。

进一步的，确定每个所述辐射单元在目标方向上的辐射能量，包括：确定每个所述辐射单元内地面网络设备的工作参数；根据所述工作参数拟合每个所述地面网络设备的辐射性能；其中，所述地面网络设备的辐射性能用于表示所述地面网络设备在各个空间方向上的等效全向辐射功率(Effective Isotropic Radiated Power，EIRP)；获取所述目标卫星的位置信息，并根据所述目标卫星的位置信息和所述辐射单元的位置信息确定所述目标方向的角度信息；其中，不同的所述辐射单元对应不同的所述角度信息；根据所述目标方向的角度信息和每个所述辐射单元内所有所述地面网络设备的辐射性能，确定每个所述辐射单元在所述目标方向上的辐射能量。

进一步的，根据所述目标方向的角度信息和每个所述辐射单元内所有所述地面网络设备的辐射性能，确定每个所述辐射单元在所述目标方向上的辐射能量，包括：确定每个所述辐射单元内地面网络设备的工作方式；根据所述工作方式、所述目标方向的角度信息、每个所述辐射单元内所有所述地面网络设备的辐射性能以及每个所述辐射单元的规模，将每个所述辐射单元内所有所述地面网络设备在所述目标方向上的等效全向辐射功率的总和确定为每个所述辐射单元在所述目标方向上的辐射能量。

进一步的，根据所述辐射能量确定所有所述辐射单元对所述目标卫星产生的干扰总能量，包括：获取所述目标卫星的接收端天线参数和星地传输损耗模型；根据所述目标方向的角度信息、所述辐射能量、所述接收端天线参数以及所述星地传输损耗模型，确定每个所述辐射单元对所述目标卫星产生的干扰能量；将所有所述辐射单元对所述卫星产生的干扰能量求和，得到所述干扰总能量。

进一步的，根据所述目标方向的角度信息、所述辐射能量、所述接收端天线参数以及所述星地传输损耗模型，确定每个所述辐射单元对所述目标卫星产生的干扰能量，包括：根据所述目标方向的角度信息和所述接收端天线参数，计算所述目标卫星的接收端在所述目标方向上的天线增益；根据所述星地传输损耗模型计算每个所述辐射单元与所述目标卫星之间的链路损耗；根据所述辐射能量、所述天线增益以及所述链路损耗进行计算，得到每个所述辐射单元对所述目标卫星产生的干扰能量。

进一步的，在根据所述建筑的坐标信息对所述建筑进行聚类，得到多个聚类簇的过程中，方法还包括：为所述聚类簇设定建筑数量最大允许阈值；判断每个所述聚类簇内建筑的建筑数量是否超过所述建筑数量最大允许阈值；若超过，则增大所述聚类簇的数量。

第二方面，本发明提供的一种干扰能量的确定装置，其中，包括：获取聚类单元，用于获取目标卫星的波束覆盖范围内建筑的坐标信息，并根据所述建筑的坐标信息对所述建筑进行聚类，得到多个聚类簇；其中，每个所述聚类簇均对应一个辐射单元；第一确定单元，用于确定每个所述辐射单元在目标方向上的辐射能量；其中，所述目标方向表示所述辐射单元指向所述目标卫星的方向；第二确定单元，用于根据所述辐射能量确定所有所述辐射单元对所述目标卫星产生的干扰总能量。

第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现的所述的干扰能量的确定方法的步骤。

第四方面，本发明还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行所述的干扰能量的确定方法。

本发明提供的一种干扰能量的确定方法和装置，包括：先获取目标卫星的波束覆盖范围内建筑的坐标信息，并根据建筑的坐标信息对建筑进行聚类，得到多个聚类簇；其中，每个聚类簇均对应一个辐射单元；然后确定每个辐射单元在目标方向上的辐射能量；其中，目标方向表示辐射单元指向目标卫星的方向；最后根据辐射能量确定所有辐射单元对目标卫星产生的干扰总能量。本发明在计算所有辐射单元对目标卫星产生的干扰总能量时，考虑到目标卫星的波束覆盖范围内建筑的集聚特征、时间维度信息、人口分布特征，能够得到用于反映符合实际地面网络设备分布密度的辐射单元，根据每个辐射单元在目标方向上的辐射能量，进而得到准确性高的所有辐射单元对目标卫星的干扰总能量。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的一种干扰能量的确定方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种干扰能量的确定系统的工作流程图；

图3为5G系统微蜂窝网络拓扑结构示意图；

图4为辐射单元的位置示意图；

图5为基站在不同仰角方向上EIRP的实际仿真曲线和CDF拟合曲线；

图6为用户在不同仰角方向上EIRP的实际仿真曲线和CDF拟合曲线；

图7为三种方法的干扰总能量的仿真结果；

图8为本发明实施例提供的一种干扰能量的确定装置的结构示意图。

图标：

11-获取聚类单元；12-第一确定单元；13-第二确定单元。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。

在通信技术快速发展的今天，卫星通信技术日益成熟及先进，卫星系统建设正在蓬勃发展，与此同时，陆地无线移动通信技术也在快速发展，地面网络的覆盖广度和深度不断拓展。当地面网络和卫星系统使用相同或相邻频段时，存在潜在干扰可能。上述地面网络由地面网络设备构成，在地面网络设备对卫星的干扰场景中，由于卫星的波束覆盖范围一般较大，对卫星造成干扰的地面网络设备数量较多，因此常常采用等效的方法分析地面网络设备对卫星的干扰。

当前的地面网络设备对卫星的干扰能量确定方法中，普遍的具体操作方法为：根据地面网络设备的一般分布密度以及局部区域面积，计算局部区域少数地面设备的集总干扰，按比例多次仿真少数地面网络设备对卫星的干扰能量，多次仿真结果之和等价为卫星波束覆盖内的所有地面网络设备对卫星产生的干扰能量。上述现有方法存在未结合城区实际地面网络设备的分布密度，导致在地面网络设备分布密度不同区域对卫星产生的干扰能量相同，具有不符合实际的弊端；此外，由于地面网络设备数量众多，当考虑所有地面网络设备的内部调度时，现有技术存在计算量较大的弊端。

聚类分析是以相似性为基础，将相似的元素分到一组的分析方法。针对前述弊端，本发明实施例提出了一种干扰能量的确定方法和装置。根据目标卫星的覆盖范围内建筑的集聚特征，采用聚类的方法，生成建筑的聚类簇，并将其簇中心位置和建筑的属性信息分别映射为辐射单元的位置信息和辐射单元包含的地面网络设备的数量。根据辐射单元的位置信息和规模，可以避免考虑所有地面网络设备的内部调度，通过拟合局部区域地面网络设备(即一个辐射单元内地面网络设备)的外部辐射能量累积分布曲线(CumulativeDistribution Function，CDF)，生成符合局部区域地面网络设备的外部辐射能量分布概率的地面网络设备的外部辐射能量值，进而确定辐射单元的辐射能量。本发明实施例还可以通过将所有辐射单元的干扰能量进行集总的方式，得到目标卫星的波束覆盖范围内所有地面网络设备对目标卫星产生的干扰总能量。该方法和装置对地面网络和卫星系统等无特殊要求，可实现快速确定真实、有效的地面网络对目标卫星产生的干扰能量，能够使地面网络设备的分布符合实际，以及避免计算所有地面网络设备的内部调度从而减少计算量。

本发明实施例提供的干扰能量确定方法和装置，通过考虑建筑的集聚特征，采用聚类的方法得到建筑的聚类簇，并将其映射为用于反映符合实际地面网络设备分布情况的辐射单元，通过拟合局部区域地面网络设备的外部辐射能量累积分布曲线以减少计算量，实现能根据符合实际的地面网络设备分布密度，得到在目标卫星的波束覆盖范围内地面网络设备对目标卫星产生的干扰能量，同时减少计算量。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种干扰能量的确定方法进行详细描述。

实施例1：

根据本发明实施例，提供了一种干扰能量的确定方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1为本发明实施例提供的一种干扰能量的确定方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤S101～步骤S103：

步骤S101，获取目标卫星的波束覆盖范围内建筑的坐标信息，并根据建筑的坐标信息对建筑进行聚类，得到多个聚类簇。

其中，每个聚类簇均对应一个辐射单元。在本发明实施例中，目标卫星可以是一个，也可以是多个。建筑可以指城市建筑，也可以指区、县、乡等非城市建筑，因此本发明实施例对建筑所属区域不作具体限定。上述城市建筑的建筑种类包含但不限于：商业建筑、住宅建筑、学校建筑等。上述坐标信息可以理解为经纬度地理坐标。需要注意的是，每个聚类簇都可以映射为一个对应的辐射单元。所有的聚类簇构成的模型相当于地面网络分布模型，该地面网络分布模型符合实际，因此便于在后期操作中确定准确度高的地面网络对目标卫星的干扰能量。聚类所采用的方法可以是K-Means聚类，本发明实施例对聚类所采用的方法不做具体限定。

例如，基于聚类算法，根据城市建筑的经纬度地理坐标A＝{p₁,p₂,...,p_a|p_i＝(Lon_i,Lat_i),i＝1,2,...,a}，划分城市建筑为Q个聚类簇。设定聚类簇中最多建筑数量的限值为N_max，在划分的过程中，若某个聚类簇中的建筑数量m>N_max，则增加聚类簇的数量。划分结束后最终得到Q个聚类簇的划分集合(C₁,C₂,...,C_Q)。

步骤S102，确定每个辐射单元在目标方向上的辐射能量。

其中，目标方向表示辐射单元指向目标卫星的方向。在本发明实施例中，不同的辐射单元具有不同的位置信息，且各个辐射单元指向目标卫星的方向均不相同，确定各个辐射单元在目标方向上的辐射能量的步骤见下述步骤S201～步骤S204，在此不再进行赘述。

步骤S103，根据辐射能量确定所有辐射单元对目标卫星产生的干扰总能量。

若目标卫星同时存在多个时，干扰对象为所有的目标卫星，则辐射能量指的是辐射单元对所有的目标卫星的辐射能量，不同的目标卫星相对于辐射单元的方向不同，因此辐射单元对各个目标卫星的辐射能量大小也不相同。

在本发明实施例中，每个辐射单元在目标方向上的辐射能量根据目标卫星的波束覆盖范围内建筑的集聚特征(该集聚特征可以理解为建筑的分布、聚类情况)确定，因此可以反映地面网络设备的真实分布情况，且每个辐射单元对目标卫星产生的干扰能量不尽相同，与现有技术将地面网络设备分布密度不同的区域对卫星的干扰视为相同的干扰能量的方式相比，本发明实施例可以得到真实、有效的、准确性高的干扰总能量。

本发明实施例提供的一种干扰能量的确定方法，是一种基于聚类的地面网络设备对目标卫星产生的干扰能量的确定方法，包括：先获取目标卫星的波束覆盖范围内建筑的坐标信息，并根据建筑的坐标信息对建筑进行聚类，得到多个聚类簇；其中，每个聚类簇均对应一个辐射单元；然后确定每个辐射单元在目标方向上的辐射能量；其中，目标方向表示辐射单元指向目标卫星的方向；最后根据辐射能量确定所有辐射单元对目标卫星产生的干扰总能量。本发明实施例在计算所有辐射单元对目标卫星产生的干扰总能量时，考虑到目标卫星的波束覆盖范围内建筑的集聚特征，能够得到用于反映符合实际的地面网络设备分布密度的辐射单元，根据每个辐射单元在目标方向上的辐射能量，进而得到准确性高的所有辐射单元对目标卫星的干扰总能量。

在一个可选的实施例中，在步骤S101根据建筑的坐标信息对建筑进行聚类，得到多个聚类簇之后，方法还包括如下步骤S104～步骤S106：

步骤S104，计算聚类簇的簇中心位置信息，并将簇中心位置信息确定为辐射单元的位置信息。每个聚类簇的中心位置信息为

步骤S105，查找聚类簇内建筑的属性信息；其中，属性信息包括以下至少之一：建筑种类、建筑数量、建筑所在城市的人口分布特征和不同时段内的建筑人流量变化信息。在本发明实施例中，可以根据城市人口以及一天中的不同时刻，为不同种类的建筑赋以不同的权重。

步骤S106，根据属性信息确定辐射单元的规模；其中，辐射单元的规模用于表示辐射单元内地面网络设备的数量。

例如，根据建筑数量|C_i|,i＝1,2,...,Q以及建筑种类，可以映射为辐射单元内地面网络设备的数量B_i＝f(|C_i|),i＝1,2,...,Q。

在一个可选的实施例中，步骤S102，确定每个辐射单元在目标方向上的辐射能量，包括如下步骤S201～步骤S204：

步骤S201，确定每个辐射单元内地面网络设备的工作参数。该工作参数指的是系统工作频率、工作带宽、天线类型参数(如天线阵列个数、天线发射功率、天线方向图、天线阵列的欧姆损耗)等。工作参数用于描述系统某个工作状态的一系列量化指标，而下述步骤S301中的工作方式是描述系统工作的原理和逻辑。举个例子，菜谱中爆、炒、煎、炸等操作的排列和组合是工作方式，而原料的重量、火候的大小、烹饪的温度及时长等都是工作参数。

步骤S202，根据工作参数拟合每个地面网络设备的辐射性能；其中，地面网络设备的辐射性能用于表示地面网络设备在各个空间方向上的等效全向辐射功率。上述辐射性能主要指的是地面网络设备在各个方向上辐射的EIRP，其中EIRP为天线发射功率和天线增益的乘积。上述天线发射功率根据选取天线的类型得到，且上述天线增益根据天线方向图得到。

步骤S203，获取目标卫星的位置信息，并根据目标卫星的位置信息和辐射单元的位置信息确定目标方向的角度信息；其中，不同的辐射单元对应不同的角度信息；本发明实施例对目标卫星的位置信息的获取方式不作具体限定，可以是根据星历表计算得到。目标方向的角度信息可以理解为：目标卫星相对于辐射单元在空间上的仰角信息和/或方位角信息。

步骤S204，根据目标方向的角度信息和每个辐射单元内所有地面网络设备的辐射性能，确定每个辐射单元在目标方向上的辐射能量。

在一个可选的实施例中，步骤S204，根据目标方向的角度信息和每个辐射单元内所有地面网络设备的辐射性能，确定每个辐射单元在目标方向上的辐射能量，包括以下步骤S301和步骤S302：

步骤S301，确定每个辐射单元内地面网络设备的工作方式。该工作方式指的是基站和用户之间的调度，例如3G/4G/5G基站和用户之间的调度，或地面物联网基站和设备之间的调度。基站可考虑链路传输质量最佳选取链路损耗最小的用户调度，也可考虑减缓干扰等其他因素，采用其他的优化调度算法。不同的调度方式会导致地面网络设备的波束指向方向和功率大小发生变化，从而影响地面网络对卫星网络产生的干扰总能量。为了获取上述调度，一般采用如下方式：根据基站和设备之间的位置、链路传输模型、基站天线增益、设备天线增益等计算链路损耗，在此基础上基站选择链路损耗较小的设备调度。

步骤S302，根据工作方式、目标方向的角度信息、每个辐射单元内所有地面网络设备的辐射性能以及每个辐射单元的规模，将每个辐射单元内所有地面网络设备在目标方向上的等效全向辐射功率的总和确定为每个辐射单元在目标方向上的辐射能量。每个地面网络设备在目标方向上的等效全向辐射功率为功放的发射功率和天线增益的乘积结果。CDF曲线是对概率密度函数的积分结果。

由步骤S301～步骤S302可知，根据地面网络设备的工作参数，在考虑地面网络设备的内部调度的情况下，需要考虑不同类型的地面网络设备，包括但不限于3G、4G、5G系统、物联网系统。上述地面网络设备的数量根据映射得到，在映射时，3G、4G、5G系统、物联网系统等多类型的地面网络干扰设备可以按照比例，并根据各类型地面网络设备的设备间距离(或称为部署密度)以及部署面积设置。然后拟合局部区域地面网络设备在空间各个方向上EIRP的CDF曲线。根据目标卫星相对辐射单元的位置(即上述目标方向的角度信息)，选择相应方向的CDF曲线，进而确定该辐射单元在目标方向上的辐射能量。

例如，对于第i个辐射单元，包含|B_i|个地面网络设备，在区间[0,1]选取|B_i|,i＝1,2,...,Q个均匀分布的随机数作为CDF曲线的纵坐标概率值，通过CDF曲线，得到对应横坐标即为|B_i|个地面网络设备的EIRP值。第i个辐射单元的辐射能量EIRP为其包含的|B_i|个地面网络设备EIRP值的集总。

在一个可选的实施例中，步骤S103，根据辐射能量确定所有辐射单元对目标卫星产生的干扰总能量，包括如下步骤S401～步骤S403：

步骤S401，获取目标卫星的接收端天线参数和星地传输损耗模型；

步骤S402，根据目标方向的角度信息、辐射能量、接收端天线参数以及星地传输损耗模型，确定每个辐射单元对目标卫星产生的干扰能量；

步骤S403，将所有辐射单元对卫星产生的干扰能量求和，得到干扰总能量。

在一个可选的实施例中，步骤S402，根据目标方向的角度信息、辐射能量、接收端天线参数以及星地传输损耗模型，确定每个辐射单元对目标卫星产生的干扰能量，包括：

步骤S501，根据目标方向的角度信息和接收端天线参数，计算目标卫星的接收端在目标方向上的天线增益。该天线增益根据卫星接收端的天线方向图以及辐射单元相对于卫星的方向(即目标方向的角度信息)得到。

步骤S502，根据星地传输损耗模型计算每个辐射单元与目标卫星之间的链路损耗。该链路损耗根据链路损耗模型(即上述星地传输损耗模型)得到。

例如，当链路损耗模型为自由空间损耗模型时，自由空间损耗模型的公式为：

L_bfs＝92.45+20log₁₀(f_c)+20log₁₀(d)

其中，f_c为干扰信号的载波频率(GHz)，d为干扰信号的传播距离。

又例如，当链路损耗模型为晴空损耗模型时，晴空损耗模型的公式如下：

L_b＝L_bfs+A_xp+A_g(p_g)+A_bs+L_c(p_Lc)+L_be(p_Lbe)+L_dtb(p_dtb)

其中，L_bfs为自由空间损耗模型，A_xp为极化损耗，A_g(p_g)为大气损耗，A_bs为波束传播损耗，L_c(p_Lc)为不超过p％的地点概率情况下的地物损耗，L_be(p_Lbe)为建筑的入口损耗，室外场景取值为0dB，L_dtb(p_dtb)为波导增强型衍射损耗。

步骤S503，根据辐射能量、天线增益以及链路损耗进行计算，得到每个辐射单元对目标卫星产生的干扰能量。

通过步骤S501～步骤S503可知，结合该辐射单元i的辐射能量EIRP_i和天线增益G_S(φ_i)可以得到辐射单元对目标卫星产生的干扰能量I_i，即I_i＝EIRP_i+G_S(φ_i)-L(d_i)。地面网络对目标卫星产生的干扰总能量为所有辐射单元对目标卫星产生的干扰能量的集总。

为了对建筑进行合理的划分，在一个可选的实施例中，在步骤S101，根据建筑的坐标信息对建筑进行聚类，得到多个聚类簇的过程中，方法还包括：

步骤S601，为聚类簇设定建筑数量最大允许阈值；该建筑数量最大允许阈值为一个聚类簇中最多建筑数量的限值。

步骤S602，判断每个聚类簇内建筑的建筑数量是否超过建筑数量最大允许阈值；

步骤S603，若超过，则增大聚类簇的数量。

上述干扰能量的确定方法可以应用于下述干扰能量的确定系统。如图2所示，该系统包括辐射单元位置和规模确定模块、辐射单元辐射能量确定模块，以及干扰能量确定模块，其中：

当兴趣点为城市建筑时，上述辐射单元位置和规模确定模块，用于根据城市建筑的经纬度地理坐标，采用聚类算法划分城市建筑为多个聚类簇，根据聚类簇的簇中心位置、建筑种类、建筑数量、建筑所在城市的人口分布特征以及不同时段内的建筑人流量变化信息，得到辐射单元的位置信息和规模。

上述辐射单元辐射能量确定模块，用于根据每个辐射单元的位置信息和规模、地面网络设备的工作方式和辐射性能，以及目标卫星的位置信息，得到每个辐射单元在目标方向上的辐射能量。

上述干扰能量确定模块，用于根据每个辐射单元的位置信息和辐射能量、目标卫星的位置信息和接收端天线参数，以及星地传输损耗模型，确定每个辐射单元对目标卫星的干扰能量，进而确定所有辐射单元对目标卫星的干扰总能量(即集总干扰能量)。

本发明实施例提供的干扰能量的确定方法适用于所有的卫星系统，下面本实施例以卫星系统选用O3b系统为例进行详细说明：

在空间段，按照O3b系统中低轨零倾角、倾斜轨道卫星(即目标卫星，或称为卫星星座、卫星)的实际参数对卫星建模，O3b系统中星座的轨道构型与频特性如表所示。

表1 O3b系统中星座的轨道构型与用频特性

在O3b系统中卫星的波束覆盖范围下，卫星一般能覆盖到一个或多个城市，由于多个城市对卫星产生的集总干扰能量(干扰总能量)与不同城市产生的干扰能量呈线性加和的关系，因此本实施例以一个城市(如太原市)为例仿真5G系统对O3b系统中卫星星座产生的干扰总能量。

在地面段，分布有城市微蜂窝5G系统和位于太原市中心(37.86°N,112.58°E)的地球站，可同时接入5颗O3b卫星(即仿真时每一时刻都选择5颗卫星进行接入)。5G系统微蜂窝网络拓扑结构如图3所示，每个宏小区(Macrocell)包含3个相同的六边形扇区，宏小区的间距d_intersite为200m，在每个宏小区范围内部署一个微基站，并确保微基站之间的距离不小于50m，每个微基站调度3个用户。该用户也为地面网络设备的一种，也会对卫星产生干扰。这里用户数量的设定方式参考的是5G系统基站和用户数量的一般对应关系，因此本发明实施例对用户数量的设定不作具体限定。

上述宏小区，又称为宏蜂窝，在蜂窝式移动电话的建网初期，采用蜂窝技术的小区被称为“宏蜂窝”小区，且在仿真时只考虑了5G系统，未考虑3G、4G、5G系统、物联网系统等多种类型地面网络设备的情况。宏小区对应上述建筑，部署的微基站是5G系统的基站，对应于上述地面网络设备。

根据本发明实施例提供的干扰能量的确定方法，利用2020年太原市商业POI数据，提取商业信息共1840条，根据K-Means聚类的方法，得到太原市多个聚类簇的簇中心位置，即辐射单元的中心位置(即上述辐射单元的位置信息)。如图4所示，辐射单元的位置用实心点表示，太原市中心(37.86°N,112.58°E)用三角形表示。

根据5G系统微蜂窝网络拓扑结构，在1km²的区域内约分布有30个微基站。根据太原市的占地面积6909km²，设城区因子为0.07，热点因子为1，网络负载因子为0.2，经过计算，太原市的微基站总数约为1×30×6909×0.07×1×0.2＝2902个。结合POI数据总量为1840条，得到第m个城市第i个聚类簇中干扰基站数量B_m,i与建筑物数量|A_m,i|的正比例近似关系B_m,i＝k(|A_m,i|)，k＝1.58。其中，上述城区因子的值、热点因子的值，以及网络负载因子的值均为ITU建议书中对于5G系统仿真给出的建议值。由于每个微基站调度3个用户且上述干扰基站数量为B_m,i，因此干扰用户的数量为3×B_m,i。

仿真2km²局部区域的基站和用户调度，以1°为间隔，得到某个基站和某个用户在0°到90°仰角上的EIRP值(其中，用户在各个仰角上的EIRP值确定的方法和基站相似，用户的位置随机设置在基站周围的100m范围内，根据用户的天线发射功率、天线方向图、天线指向等确定用户的EIRP值)，并拟合CDF曲线。图5为基站在不同仰角方向上EIRP的实际仿真曲线和CDF拟合曲线，图6为用户在不同仰角方向上EIRP的实际仿真曲线和CDF拟合曲线。通过图5和图6可以看出拟合曲线和真实曲线相吻合，随着仰角的增加，基站和用户的EIRP逐渐减小。基站的EIRP值和用户的EIRP值由于基站和用户的发射功率、天线方向图、天线指向不同，因此两者的EIRP值不同。

无论是确定基站的EIRP，还是确定用户的EIRP，均采用下述公式：

EIRP＝P_T+G_T

其中，P_T为天线发射功率(dB)，G_T为天线辐射方向的天线发射增益(dB)。确定基站和用户的EIRP的目的是为了得到辐射单元的EIRP值。

具体的，在拟合的基站和用户EIRP的CDF曲线上随机读取基站和对应用户的EIRP值，进而得到聚类簇对应的辐射单元的EIRP值。辐射单元的EIRP值的确定方式是：读取所有基站和用户的EIRP为dB值，先将dB值将转化为功率值相加，再将加和结果转换回dB值。

辐射单元对卫星的干扰I_i(dB)计算公式如下：

I_i＝EIRP_i+G_S(φ_i)-L(d_i)

其中，EIRP_i为第i个辐射单元的等效全向辐射功率，G_S(φ_i)为卫星接收端在偏离第i个辐射单元φ_i方向的接收天线增益，L(d_i)为第i个辐射单元和卫星系统接收端之间距离为d_i时对应的链路损耗。将各个辐射单元对卫星的干扰能量进行叠加，最终得到地面网络设备对卫星的集总干扰能量。

考虑5G系统工作在时分双工TDD模式，基站/终端在相同的频段进行信号的收发操作。这里限定了地面网络设备的频段使用，即基站和终端的使用频段相同。在计算EIRP时，应计算地面网络设备频段和卫星频段之间重叠频段的EIRP，一般默认计算重叠频段下的干扰能量。

为模拟卫星、用户等的移动性，采用蒙特卡洛仿真法完成相应的系统级仿真时，每个快照的辐射单元的EIRP不同、卫星位置(即上述卫星的位置信息)不同，仿真足够多的快照，从而使仿真结果更加接近实际系统。快照的概念如下：采用蒙特卡洛仿真法仿真时，每一次仿真称为一个快照。仿真结果为干扰总能量。

为验证本实施例技术的正确性，采用了两种对比方法进行比对，具体方法如下：

对比方法1：先计算太原市中心(37.86°N，112.58°E)2km²局部区域5G系统的干扰能量I₁(dB)，再根据太原市总面积和局部区域的面积比D以及城区因子Ra和热点因子Rb，计算出太原市范围所有5G系统对卫星的集总干扰能量I_t(dB)。

I_t＝I₁+10log₁₀(D×R_a×R_b)

对比方法2：采用中心站的概念，通过多次仿真太原市范围内2km²局部区域的少数基站和用户对卫星的干扰，按比例多次仿真，累积每次仿真的干扰，直到仿真的基站和用户数量达到太原市范围内应有的微基站和用户数量，即3000个微基站和9000个用户。

本申请涉及到的干扰仿真参数如表2所示：

表2干扰仿真参数

图7为三种方法的干扰总能量的仿真结果。由于5G系统分布的不均匀性，因此会导致累积分布曲线向带三角的线和带矩形的线的形状靠近，这是符合实际情况的，均布的建模方法才会导致累积分布曲线向对比文件1对应的线靠近，因此对比文件1与实际特征不符，由于本申请无需在每个快照仿真基站和用户之间的调度，只需在拟合的CDF曲线上随机取值，因此可以减少仿真时长。此处对应本申请上述的“在区间[0,1]选取|B_i|,i＝1,2,...,Q个均匀分布随机数作为CDF曲线的纵坐标概率值”的技术特征。

根据上述示例可以进行如下总结：由仿真结果可得，本申请能够较好地获得5G系统聚集中心的真实位置，从而模拟出真实的EIRP在卫星波束覆盖范围内空间上的分布。干扰分析得到的结果更符合实际情况，并减少了仿真计算量。

本申请的关键点在于：本发明提出了一种干扰能量的确定方法和装置。本申请从设计目标出发，考虑城市的建筑集聚特征，利用聚类的方法，划分城市建筑为多个聚类簇，进而得到由多个地面网络设备组成的辐射单元的位置和规模。根据辐射单元所包含地面网络设备数量，以及地面网络设备在各个方向的EIRP辐射分布CDF曲线，可生成符合局部区域地面网络设备EIRP分布概率的多组地面网络设备EIRP值，并据此计算每个辐射单元在卫星方向的辐射能量。结合星地传输损耗模型和卫星接收端天线参数等，得到地面网络对卫星的集总干扰辐射能量。确定地面网络对卫星干扰辐射能量时，能实现地面网络设备的分布密度符合实际，并避免计算所有地面网络设备之间的内部调度。

综上所述，本发明实施例具有以下优点：该方案较已有的干扰能量的确定方法，可使在确定地面网络对卫星产生的干扰总能量时，能考虑城市的建筑集聚特征，根据符合实际的地面网络分布密度，得到卫星波束覆盖范围内地面网络的干扰，并在计算时省去多次计算地面网络设备之间的内部调度，通过在局部区域地面网络设备的外部辐射能量累积分布曲线上随机取值作为地面网络设备的辐射能量，从而减少计算量。

实施例2：

本发明实施例提供了一种干扰能量的确定装置，该干扰能量的确定装置主要用于执行实施例1上述内容所提供的干扰能量的确定方法，以下对本发明实施例提供的干扰能量的确定装置做具体介绍。

图8为本发明实施例提供的一种干扰能量的确定装置的结构示意图。如图8所示，该干扰能量的确定装置，主要包括：获取聚类单元11、第一确定单元12和第二确定单元13，其中：

获取聚类单元11，用于获取目标卫星的波束覆盖范围内建筑的坐标信息，并根据建筑的坐标信息对建筑进行聚类，得到多个聚类簇；其中，每个聚类簇均对应一个辐射单元；

第一确定单元12，用于确定每个辐射单元在目标方向上的辐射能量；其中，目标方向表示辐射单元指向目标卫星的方向；

第二确定单元13，用于根据辐射能量确定所有辐射单元对目标卫星产生的干扰总能量。

本发明提供的一种干扰能量的确定装置，包括：先利用获取聚类单元11获取目标卫星的波束覆盖范围内建筑的坐标信息，并根据建筑的坐标信息对建筑进行聚类，得到多个聚类簇；其中，每个聚类簇均对应一个辐射单元；然后利用第一确定单元12确定每个辐射单元在目标方向上的辐射能量；其中，目标方向表示辐射单元指向目标卫星的方向；最后利用第二确定单元13根据辐射能量确定所有辐射单元对目标卫星产生的干扰总能量。本发明在计算所有辐射单元对目标卫星产生的干扰总能量时，考虑到目标卫星的波束覆盖范围内建筑的集聚特征，能够得到用于反映符合实际地面网络设备分布密度的辐射单元，根据每个辐射单元在目标方向上的辐射能量，进而得到准确性高的所有辐射单元对目标卫星的干扰总能量。

可选地，上述装置还包括计算确定单元、查找单元、第三确定单元，其中：

计算确定单元，用于计算聚类簇的簇中心位置信息，并将簇中心位置信息确定为辐射单元的位置信息；

查找单元，用于查找聚类簇内建筑的属性信息；其中，属性信息包括以下至少之一：建筑种类、建筑数量、建筑所在城市的人口分布特征和不同时段内的建筑人流量变化信息；

第三确定单元，用于根据属性信息确定辐射单元的规模；其中，辐射单元的规模用于表示辐射单元内地面网络设备的数量。

可选地，第一确定单元包括：第一确定模块、拟合模块、获取确定模块和第二确定模块，其中：

第一确定模块，用于确定每个辐射单元内地面网络设备的工作参数；

拟合模块，用于根据工作参数拟合每个地面网络设备的辐射性能；其中，地面网络设备的辐射性能用于表示地面网络设备在各个空间方向上的等效全向辐射功率；

获取确定模块，用于获取目标卫星的位置信息，并根据目标卫星的位置信息和辐射单元的位置信息确定目标方向的角度信息；其中，不同的辐射单元对应不同的角度信息；

第二确定模块，用于根据目标方向的角度信息和每个辐射单元内所有地面网络设备的辐射性能，确定每个辐射单元在目标方向上的辐射能量。

可选地，第二确定模块包括第一确定子模块和第二确定子模块，其中：

第一确定子模块，用于确定每个辐射单元内地面网络设备的工作方式；

第二确定子模块，用于根据工作方式、目标方向的角度信息、每个辐射单元内所有地面网络设备的辐射性能以及每个辐射单元的规模，将每个辐射单元内所有地面网络设备在目标方向上的等效全向辐射功率的总和确定为每个辐射单元在目标方向上的辐射能量。

可选地，第二确定单元包括获取模块、第三确定模块和求和模块，其中：

获取模块，用于获取目标卫星的接收端天线参数和星地传输损耗模型；

第三确定模块，用于根据目标方向的角度信息、辐射能量、接收端天线参数以及星地传输损耗模型，确定每个辐射单元对目标卫星产生的干扰能量；

求和模块，用于将所有辐射单元对卫星产生的干扰能量求和，得到干扰总能量。

可选地，第三确定模块包括：第一计算子模块、第二计算子模块和第三计算子模块，其中：

第一计算子模块，用于根据目标方向的角度信息和接收端天线参数，计算目标卫星的接收端在目标方向上的天线增益；

第二计算子模块，用于根据星地传输损耗模型计算每个辐射单元与目标卫星之间的链路损耗；

第三计算子模块，用于根据辐射能量、天线增益以及链路损耗进行计算，得到每个辐射单元对目标卫星产生的干扰能量。

上述装置还包括设定单元、判断单元和增大单元，其中：

设定单元，用于为聚类簇设定建筑数量最大允许阈值；

判断单元，用于判断每个聚类簇内建筑的建筑数量是否超过建筑数量最大允许阈值；

增大单元，用于若超过，则增大聚类簇的数量。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在一个可选的实施例中，本实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例方法的步骤。

在一个可选的实施例中，本实施例还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行上述方法实施例方法。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种干扰能量的确定方法，其特征在于，包括：

获取目标卫星的波束覆盖范围内建筑的坐标信息，并根据所述建筑的坐标信息对所述建筑进行聚类，得到多个聚类簇；其中，每个所述聚类簇均对应一个辐射单元；

确定每个所述辐射单元在目标方向上的辐射能量；其中，所述目标方向表示所述辐射单元指向所述目标卫星的方向；

根据所述辐射能量确定所有所述辐射单元对所述目标卫星产生的干扰总能量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述建筑的坐标信息对所述建筑进行聚类，得到多个聚类簇之后，方法还包括：

计算所述聚类簇的簇中心位置信息，并将所述簇中心位置信息确定为所述辐射单元的位置信息；

查找所述聚类簇内建筑的属性信息；其中，所述属性信息包括以下至少之一：建筑种类、建筑数量、建筑所在城市的人口分布特征和不同时段内的建筑人流量变化信息；

根据所述属性信息确定所述辐射单元的规模；其中，所述辐射单元的规模用于表示所述辐射单元内地面网络设备的数量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定每个所述辐射单元在目标方向上的辐射能量，包括：

确定每个所述辐射单元内地面网络设备的工作参数；

根据所述工作参数拟合每个所述地面网络设备的辐射性能；其中，所述地面网络设备的辐射性能用于表示所述地面网络设备在各个空间方向上的等效全向辐射功率；

获取所述目标卫星的位置信息，并根据所述目标卫星的位置信息和所述辐射单元的位置信息确定所述目标方向的角度信息；其中，不同的所述辐射单元对应不同的所述角度信息；

根据所述目标方向的角度信息和每个所述辐射单元内所有所述地面网络设备的辐射性能，确定每个所述辐射单元在所述目标方向上的辐射能量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述目标方向的角度信息和每个所述辐射单元内所有所述地面网络设备的辐射性能，确定每个所述辐射单元在所述目标方向上的辐射能量，包括：

确定每个所述辐射单元内地面网络设备的工作方式；

根据所述工作方式、所述目标方向的角度信息、每个所述辐射单元内所有所述地面网络设备的辐射性能以及每个所述辐射单元的规模，将每个所述辐射单元内所有所述地面网络设备在所述目标方向上的等效全向辐射功率的总和确定为每个所述辐射单元在所述目标方向上的辐射能量。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述辐射能量确定所有所述辐射单元对所述目标卫星产生的干扰总能量，包括：

获取所述目标卫星的接收端天线参数和星地传输损耗模型；

根据所述目标方向的角度信息、所述辐射能量、所述接收端天线参数以及所述星地传输损耗模型，确定每个所述辐射单元对所述目标卫星产生的干扰能量；

将所有所述辐射单元对所述卫星产生的干扰能量求和，得到所述干扰总能量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述目标方向的角度信息、所述辐射能量、所述接收端天线参数以及所述星地传输损耗模型，确定每个所述辐射单元对所述目标卫星产生的干扰能量，包括：

根据所述目标方向的角度信息和所述接收端天线参数，计算所述目标卫星的接收端在所述目标方向上的天线增益；

根据所述星地传输损耗模型计算每个所述辐射单元与所述目标卫星之间的链路损耗；

根据所述辐射能量、所述天线增益以及所述链路损耗进行计算，得到每个所述辐射单元对所述目标卫星产生的干扰能量。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在根据所述建筑的坐标信息对所述建筑进行聚类，得到多个聚类簇的过程中，方法还包括：

为所述聚类簇设定建筑数量最大允许阈值；

判断每个所述聚类簇内建筑的建筑数量是否超过所述建筑数量最大允许阈值；

若超过，则增大所述聚类簇的数量。

8.一种干扰能量的确定装置，其特征在于，包括：

获取聚类单元，用于获取目标卫星的波束覆盖范围内建筑的坐标信息，并根据所述建筑的坐标信息对所述建筑进行聚类，得到多个聚类簇；其中，每个所述聚类簇均对应一个辐射单元；

第一确定单元，用于确定每个所述辐射单元在目标方向上的辐射能量；其中，所述目标方向表示所述辐射单元指向所述目标卫星的方向；

第二确定单元，用于根据所述辐射能量确定所有所述辐射单元对所述目标卫星产生的干扰总能量。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的方法。

10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行如权利要求1至7任一项所述的方法。